Quasieindimensionale atomare Drähte

Ideale eindimensionale (1D) elektronische Systeme haben sonderbare Eigenschaften. Zu diesen zählen die Quantisierung der Leitfähigkeit, Ladungsdichtewellen (CDW) und Luttinger-Flüssigkeitsverhalten: eine Vielfalt von Instabilitäten mit einer Fülle von zugehörigen Phasenübergängen. Diese Eigenschaften entstehen aufgrund der reduzierten Dimensionalität begleitet durch hohe elektronische Korrelationen. Experimentell realisierte Systeme sind jedoch unvermeidlich in zwei (2D) oder drei (3D) Dimensionen gekoppelt. Auf diese Weise werden ihre Eigenschaften bei höheren Temperaturen stabilisiert. Andererseits kann so die Eindimensionalität modifiziert oder sogar zerstört werden. Daher liegt das zentrale Interesse in der Untersuchung und Identifizierung von physikalischen Szenarios mit eindimensionalen Eigenschafte unter der expliziten Annahme von 2D und 3D-Kopplungen, ihrer Regulierung und Manipulation. Dieses höchst interessante Forschungsfeld ist sowohl experimentell als auch theoretisch noch weitläufig unerforscht.

Metallische Nanodrähte sind Prototypen für 1D-Systeme. Wir konzentrieren uns auf diese und realisieren sie explizit auf bekannten Si- und Ge-Oberflächen in Größenordnungen von wenigen atomaren Gitterkonstanten. Die Herstellung erfolgt durch selbstorganisiertes Wachstum von sowohl Edelmetallen wie Pt und Au als auch Pb, In und Siliziden von seltenen Erden und Übergangsmetallen. Durch die Nutzung von hohen Symmetrieebenen und passenden vizinalen Oberflächen wird die faszinierende Frage nach der Kopplung zwischen den Drähten, zum darunterliegenden Substrat und zum 3D einbettenden Material systematisch untersucht. Ebenso werden die Konsquenzen dieser Wechselwirkungen bezogen auf die intrinsischen Instabilitäten (z.B. die Bildung einer Ladungsdichtewelle) und potentielle Funktionsweisen erforscht. Diese Untersuchungen umfassen sowohl die Studien des Grundzustandes als auch den angeregten Fall, um so Informationen über die Elektron-Elektron- und Elektron-Phonon-Kopplung zu erhalten. Daher werden die Messungen der Struktur und der Phasenübergänge in den Drähten und ihrer elektronischen Struktur temperatur- und abstandsabhängig mit dem elektrischen Transport, Einzelteilchen- und Kollektivanregungen (Plasmonen) sowie dynamischen Prozessen kombiniert.

Um dieses Forschungsfeld mit seiner großen Vielfalt von physikalischen Phänomenen erfolgreich und einer angemessenen Fülle zu erforschen wurde eine Forschergruppe FOR1700 zwischen Experimentalphysikern und Theoretikern gegründet, durch die die Kombination von verschiedenen experimentellen und theoretischen Methoden auf identische Systeme möglich ist.