FOR 1700: Metallische Nanodrähte im atomaren Maßstab: Elektronische und vibronische Kopplung in realen Systemen

Ideale eindimensionale elektronische Systeme haben besondere Eigenschaften, wie die Quantisierung der Leitfähigkeit, Ladungsdichtewellen und Luttingerflüssigkeitsverhalten, und eine Vielzahl von Instabilitäten mit einer Vielzahl von zugehörigen Phasenübergängen.

Diese sind auf ihre reduzierte Dimensionalität und die damit verbundene hohe elektronische Korrelationen zurückzuführen.

Die Erforschung und Identifizierung von physischen Szenarien mit eindimensionalen Eigenschaften unter expliziter Berücksichtigung von 2D- und 3D-Kopplung ist das zentrale Thema der Forschergruppe FOR1700, in der die Arbeitsgruppe von Professor Schmidt mit Forschern aus Würzburg, Duisburg, Berlin, Rom, Hannover, Gießen, Chemnitz, Düsseldorf, und Osnabrück zusammenarbeitet.

Wissenschaftlicher Ansprechpartner: Prof. Dr. Wolf Gero Schmidt

Das zentrale Thema der Forschergruppe ist die Erforschung und Identifizierung physikalischer Szenarien mit eindimensionalen Eigenschaften unter expliziter Betrachtung der Kopplungen mit der Umgebung in zwei und drei Dimensionen sowie deren Kontrolle und Manipulation. Dieses Thema wurde aus offensichtlichen Gründen gewählt: Die attraktiven Eigenschaften idealer eindimensionaler (1D) elektronischer Systeme, z.B. die Quantisierung der Leitfähigkeit, Ladungsdichtewellen (CDWs) oder das Verhalten als Luttingerflüssigkeit, die verbunden sind mit zahlreichen Instabilitäten und zugehörigen Phasenübergängen, sind experimentell nur beobachtbar in Systemen, die in zwei (2D) oder drei (3D) Dimensionen wechselwirken. Neben der Stabilisierung der 1D Eigenschaften bei Temperaturen >0 erlaubt die kontrollierte Modifikation dieser Kopplungen auch das Anpassen und Verändern des 1D Verhaltens. Auf diese Weise wollen wir tiefer gehende Erkenntnisse in diesem hochinteressanten Feld erzielen, indem experimentelle und theoretische Gruppen eng zusammenarbeiten. Metallische atomare Drähte, bestehend aus selbstorganisiert entstandenen atomaren Au-, Pt-, In- oder Bleiketten auf Si- oder Ge- Substraten, oder aus Siliziddrähten seltener Erden oder von Übergangsmetallen, sind prototypische 1D Systeme, auf die wir uns konzentrieren. Ausgehend von der bereits vorhandenen Erfahrung wollen wir weiterhin Struktur, Phasenübergänge und elektronische Struktur in den Drähten korrelieren mit elektronischem Transport, kollektiven und Einzelanregungen und ihrer Dynamik. In der neuen Förderperiode soll ein Schwerpunkt auf der kontrollierten Veränderung der Kopplung sowohl zwischen den Drähen als auch zum Substrat und dem 3D einbettenden Material liegen. Zu diesem Zweck planen wir die kontrollierte Veränderung von Ladungsdichten, langreichweitiger Ordnung und lokaler Struktur durch Adsorption von Atomen und Molekülen, sowie durch Variation von Stufendichten, Stufenorientierung und von Substraten. Ferner werden wir uns verstärkt der unerwartet hohen Spinordnung in diesen System widmen, ihrer Stabilität und Verknüpfung mit anderen Parametern. Außerdem werden die Phononen- und Elektronendynamik, sowie photoinduzierte Phasenübergänge eine wichtige Rolle spielen. Die bereits gut etablierte enge Zusammenarbeit zwischen Experiment und Theorie und die Anwendung einer Kombination verschiedener experimenteller Methoden auf die gleichen Systeme soll fortgesetzt und intensiviert werden mit dem Ziel einer grundlegenden Erforschung dieses Feldes.

DFG-Verfahren Forschungsgruppen

Beteiligte Fachrichtungen Oberflächenphysik, Theoretische Festkörperphysik, Experimentelle Festkörperphysik

Sprecher Professor Dr. Herbert Pfnür