Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden mit einem Rastertunnelmikroskop (RTM) Ladungsdichtemodulationen
(LDM) auf Oberflächen von drei verschiedenen Probensystemen
untersucht. Bei den Proben handelt es sich um Chrom auf Wolfram(110), Iridiumditellurid
(IrTe2) als Volumenmaterial und Eisen auf Rhodium(001). Es werden sowohl die Temperaturabhängigkeit
der Phasenübergänge als auch die Wechselwirkung zwischen magnetischen
und elektronischen Eigenschaften analysiert.
Chrom (Cr) ist ein einfaches Übergangsmetall, in dem sowohl eine klassische Ladungsdichtewelle
(LDW) als auch eine Spindichtewelle (SDW) auftreten. Die im Experiment
betrachteten Cr-Inseln auf Wolfram(110) schlagen eine Brücke zwischen dem Volumenmaterial
und ultradünnen Schichten. Dabei zeigt sich der Zusammenhang zwischen elektronischen
und magnetischen Eigenschaften in der Ausbildung einer LDW-Lücke und dem
gleichzeitigen Verschwinden des magnetischen Kontrastes bei lokalen Schichtdicken von
dCr =� 4nm. Dies kann durch eine Rotation des Spindichtewellenvektors Q erklärt werden.
Für dCr <� 3nm verschwindet die LDW erneut. Zusätzlich zur LDW und SDW
entsteht aufgrund der unterschiedlichen Gitterparameter von Chrom und Wolfram bei
lokalen Schichtdicken von dCr � < 3nm eine Moiré-Überstruktur.
IrTe2 ist Gegenstand zahlreicher aktueller Forschungsaktivitäten und weist eine LDM mit
gleichzeitiger Transformation des atomaren Gitters auf. Ein Phasenübergang erster Ordnung
erzeugt zunächst bei der Übergangstemperatur TC =� 275K eine Modulation mit
dem Wellenvektor q = 1/5(1, 1, 0). Mithilfe temperaturabhängiger RTM-Messungen kann
das Phasendiagramm um einen weiteren Übergang erster Ordnung bei TS � = 180K erweitert
werden. Dabei bilden sich zunehmend Te-Dimere an der sichtbaren (001)-Oberfläche
und IrTe2 wechselt in einen Grundzustand mit maximaler Dichte von Dimeren und dem
Wellenvektor q = 1/6(1, 1, 0). Der Mechanismus beider Phasenübergänge wird durch die
Probenqualität und die Oberflächenpräparation beeinflusst, sodass die Phasenübergänge
erster Ordnung teilweise verlangsamt ablaufen. Durch eine Analyse der Oberflächendynamik
am Phasenübergang kann der zugrundeliegende Mechanismus des Domänenwachstums
im Realraum untersucht werden.
Im letzten Teil der Arbeit werden ultradünne Eisenfilme auf Rhodium(001) betrachtet.
Dabei treten auf der Doppellage Eisen (Fe) auf Rhodium (Rh) spannungsabhängige
elektronische Modulationen mit senkrecht zueinander orientierten Wellenvektoren
q1 = [(0, 30 ± 0, 03), 0, 0] und q2 = [0, (0, 30 ± 0, 03), 0] in Richtung [100] und [010] auf.
Temperaturabhängige Messungen zeigen die stetige Verkleinerung der Modulation beim
Erwärmen der Probe und somit einen Phasenübergang zweiter Ordnung. Die LDM tritt
auch auf der dritten und vierten Lage Eisen mit gleichgerichteten aber kleineren Wellenvektoren
q auf. Spinpolarisierte RTM-Daten zeigen einen c(2×2)-Antiferromagnetismus auf
einer Monolage Eisen. Für Fe-Bedeckungen von 1ML � - 5ML tritt Ferromagnetismus
perpendikular zur Oberfläche auf. Diese Messungen zeigen erstmals gleichzeitiges Auftreten
einer elektronischen und magnetischen Phase in einem reinen 3d-Übergangsmetall
im Realraum. / In the scope of this thesis Charge Density Modulations (CDM) on surfaces of three different
sample systems are examined with Scanning Tunneling Microscopy (STM). The sample
systems include chromium on tungsten(110), bulk IrTe2, and iron on rhodium(001). The
experimental results help to analyze the temperature dependence of phase transitions and
the interaction between magnetic and electronic properties.
Chromium (Cr) belongs to the basic transition metals and exhibits both a classical Charge
Density Wave (CDW) and a Spin Density Wave (SDW). The data of Cr-islands on
tungsten(110) presented in this work connects already known properties of the bulk material
and ultrathin films. For local island thicknesses dCr =� 4nm the electronic properties
show the onset of a CDW-gap, which is linked to the coexistent vanishing of magnetic
contrast. The suppression of magnetic contrast can be explained by a rotation of the spinvector
Q. This has been shown by spin-polarized STM (SP-STM). The CDW vanishes
again for dCr <� 3nm. Additional to CDW and SDW a Moiré-pattern exists at thicknesses
dCr � < 3nm caused by the lattice mismatch between chromium and tungsten.
IrTe2 is currently a hot topic in physical science and shows a CDM with a coexisting
transformation of the atomic lattice. A first-order phase transition occurs at the transition
temperature TC =� 275K and results in a modulation with the wave-vector q = 1/5(1, 1, 0).
The performance of temperature-dependent STM measurements helps to extend the phase
diagram of IrTe2 with a second first-order phase transition at TS =� 180K. Within this
phase transition the density of Te-dimers increases and the (001)-surface of IrTe2 develops
into in a ground state with the wave vector q = 1/6(1, 1, 0). Both phase transitions are
affected by the sample quality and the surface preparation and therefore proceed decelerated.
It was possible to investigate the underlying mechanisms of the domain growth with
the analysis of the surface dynamics in real space .
The last part of this thesis deals with ultrathin iron layers on rhodium (001). On top of
an iron (Fe) film with a thickness of two atomic layers some bias-dependent, electronic
modulations perpendicular to each apper. The wavevectors q1 = [(0, 31 ± 0, 04), 0, 0] and
q2 = [0, (0, 31 ± 0, 04), 0] are orientated along the [100]- and [010]-direction. Temperature
dependent measurements show a continuous decrease of the electronic signal when
warming up the sample. This behavior is characteristic for a second-order phase transition.
The CDM is also visible on iron films with three and four atomic layers thickness.
With increasing film thickness the wavevectors are still oriented in the same directions,but
the periodicity decreases. SP-STM measurements show antiferromagnetic c(2×2)-ordering
on the monolayer iron. The thin films develop ferromagnetism out-of-plane for coverages
1ML � - 5ML. These results present for the first time in real space the coeval
appearance of an electronic and magnetic phase in a pure 3d-transition metal.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:12032 |
| Date | January 2015 |
| Creators | Mauerer, Tobias |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | deu |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/de/deed.de, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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