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  1. 1. SEMINAR SP-STM Hamburg 29.Januar 2008 Petronela-Antonia Bauer
  2. 2. Proseminar SP-STM Hamburg 29.Januar 2008 Petronela-Antonia BauerSP-STM Einleitung Motivation Theorie Funktion Realisation Ergebisse Ausblick
  3. 3. Proseminar SP-STM Hamburg 29.Januar 2008 Petronela-Antonia BauerSP-STM Motivation Erforschung magnetischer Eigenschaften von Materie Eigenschaften in reduzierten Dimensionen (Electronic structure of matter: Reduced dimensions Stefan Blügel) Chirale effekte von Spinwellen (M.Bode et al. Nature 2007, 447 190) Manipulation der magnetischen Eigenschaften: Spinschaltung (S. Krause et al., Science 2007, 317 1537) Auf molekularer Ebene (M.Crommie Science 2005,309 1501)
  4. 4. Hamburg 29.Januar 2008 Petronela-Antonia BauerSP-STM Theorie STM Tunnelstrom 1D Tunneleffekt Keine realistische Beschreibung da Spitze und Probe ein mehratomiges 3 dim. System sind. (M.Gyamfi Diplomathesis 2007)
  5. 5. Proseminar SP-STM Hamburg 29.Januar 2008 Petronela-Antonia BauerSP-STM Theorie SMT 3-Dimensionaler Fall: Spitze und Probe sind Oberflaechenatome (Ladungsdichteunterschiede zwischen Volumen- und Oberflaechenatomen) Atomare, ideale Spitze ist immer ein Atom im Clusterverband. (Spitzen sind nicht identisch reproduzierbar) Ueberlappende Wellenfunktionen (Bei wenigen Å zwischen Probe und Spitze) Das STM-Signal ist eine Faltung aus Spitzen- und Probeatom Inelastische Effekte (Photoneneanregung, Exitonen,Plasmonen,Phononen,Spinflips) Dynamische Fluktuationen des Tunneleffekts sind wie auch die inelastischen In allen Naeherungen bislang unberuecksichtigt. Naeherungsansatz: Zeitabhaengige Stoerungstheorie Ladungsdichtekonturplot HOMO Eigenzustaende unterhalb des HOMO S.Bluegel / Ohnisi u. Tsukada, Solid.State Commun. 71,391(1989)
  6. 6. Proseminar SP-STM Hamburg 29.Januar 2008 Petronela-Antonia BauerSP-STM Theorie STM Tersoff-Hamann Model Spitze Probe d Abstand Probe Spitze (a priori nicht bekannt) RElektronen nahe der Fermienergie tragen zum Tunnelstrom bei und der Tunnelstrom haengt exponentiel vom Abstand zwischen Probe und Spitze ab. Bei dieser Naeherung von Tersoff und Hamann wird ein einzelnes Spitzenatom kugelfoermig genaehert und nur die s-Wellenfunktion (l=0) betrachtet. Allerdings treten bei vielen Metallen p,d und f orbitale auf. Chen erweiterte dieses Modell fuer diese Faelle.
  7. 7. Hamburg 29.Januar 2008 Petronela-Antonia BauerSP-STM SP-STM Uebergangs-Tunnelmatrixelement wird mit Fermis “golden rule” nach dem Bardeen-Modell berechnet mit folgendem Ansatz: Potential von Spitze und Probe sind als getrennt von einander durch eine virtuelle Trennflaeche zu behandeln. Im spinpolarisierten Fall wird Bs und Bt zum Potential Us und Ut addiert. S.Bluegel “STM”
  8. 8. Hamburg 29.Januar 2008 Petronela-Antonia BauerSP-STM Funktion Funktionsweise Tunnelstrom ist spinerhaltened und von der Spinpolarisation abhaengig. (A.Kubetzka Disertation 2002) TMR= Gp-Gap = Rap-Rp Gap Rp Winkelabhaengigkeit der Leitfaehigkeit G=G0 (1+P1P2cosø) mit G0=(Gp+Gap)/2
  9. 9. Proseminar SP-STM Hamburg 29.Januar 2008 Petronela-Antonia BauerSP-STM Realisation Spitzentypen Antiferromagnetische: Spitzen mit ferromagnetischer ultra duenner Schicht (Reduktion des Streufeldes) Ferromagnetische: Grosses Streufeld(3d Transitionsmetalle), groesserer Scan-Abstand zwischen Spitze und Probe moeglich Optisch gepumpte GaAs: setzt spinpolarisierte elektonen beim Ferminveau frei ohne Magnetfeld oder Anwesenheit magnetischer Materiealien.(magneto-optische Effekte schwer von SP-Tunneleffekt zu trennen) Nicht magnetische: Herkoemliche Wolfram Spitzen koennen Domaenenwaende abbilden. (Spingemittelte Elektronenstruktur bewirkt das Signal)(Bode et al.Condens. Matter 2003 15 S 679) Die Wechselwirkung zwischen Spitze und Probe zu vermindern also die Streufeldreduktion ist sehr wichtig, sie kann die magnetische Struktur der Probe modifizieren
  10. 10. Proseminar SP-STM Hamburg 29.Januar 2008 Petronela-Antonia BauerSP-STM Realisation Messmodi: Konstantstrommodus: Realraummethode topographische Aufloesung der Elektonendichte Konstante Hoehe: Nur bei sehr ebenen Proben moeglich Zeitgemittelte: Nur ein schmaler Probenstreifen wird immer wieder gescannt um einen zeitliche Veraenderung zu testen. Spektroskopie: Elektronendichteverteilung LDOS M.Gyamfi,Diplomathesis 2007 C60 auf Cu(100)
  11. 11. Proseminar SP-STM Hamburg 29.Januar 2008 Petronela-Antonia BauerSP-STM Realisation Spitzenpreparation: Herzstueck des STMs Oft ist es eine Wolfram Spitze auf welche ferromagnetische duenne Schichten aufgedampft werden und danach kurz auf 2200 Grad erhitzt werden (geflasht) Verunreinigungen werden dadurch entfernt und die Adhaesion der Schicht verstaerkt. Die Spitzenform wird durch das Schmelzen runder und weiter. Mit solchen Spitzen koennen auch unter ambienteren Bedingungen unversehrt bleiben Falls sie im Tunnelkontakt verbleiben. Chemisches Aetzen der Spitze Spitze vor und nach dem “Flashen”
  12. 12. Proseminar SP-STM Hamburg 29.Januar 2008 Petronela-Antonia BauerSP-STM Realisation Bedingungen: UHV Vibrationsdaemmung Kuehlung Praezisons-Anaeherung
  13. 13. Proseminar SP-STM Hamburg 29.Januar 2008 Petronela-Antonia BauerSP-STM Realisation UHV UHV-Bedingungen sind noetig um Adatome auf Proben und Spitzen zu vermeiden, die diese modifizieren oder gar zerstoeren. Oelfreie Vibrationsarme Pumpen die ein Endvakuum von mindestens10-11mbar ereichen. Ionengetter Pumpe vibrationslos Turbomolekularpumpe Drehschieber Vorpumpe
  14. 14. Proseminar SP-STM Hamburg 29.Januar 2008 Petronela-Antonia BauerSP-STM Realisation Kuehlung: Magnetische Effekte sind Temperaturabhaengig. Dynamische Effekte werden verringert und Vakuumbedingungen verbessert Supraleitende Magnete benoetigen tiefe Temperaturen. Tieftemperatur Ultra Hoch Vakuumsysteme sind eine technische Herausforderung.
  15. 15. Proseminar SP-STM Hamburg 29.Januar 2008 Petronela-Antonia BauerSP-STM Realisation Praezisionsanaeherung Piezoelektrische Materialien ermoeglichen eine Angstroemgenaue Steuerung der Spitze und Probe.
  16. 16. Proseminar SP-STM Hamburg 29.Januar 2008 Petronela-Antonia BauerSP-STM Ergebnisse
  17. 17. Proseminar SP-STM Hamburg 29.Januar 2008 Petronela-Antonia BauerSP-STM Ausblick Spinrichtung im Spitzenatom durch dreidimensionales Magnetfeld (Vektormagnet) modelierbar. 3D Spinausrichtung erfassbar. Dreidimensionale magnetische Effekte erforschbar auf atomarer Skala. Spinwellendrehrichtung (Neel?oder Bloch?) z.Bsp. Ermittelbar. Vektormagnet M.Gyamfi,Diplomarbeit 2007Sp-STM Kondoeffect k.Patton et al.2007M. Crommie Manipualting magnetism in single Moleculs Sience 2005
  18. 18. SEMINAR SP-STM Hamburg 29.Januar 2008 Petronela-Antonia Bauer Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit Bild: Aufnahme eines Ferrofluids

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