Local Topographic and Electronic Structure of Mixed Surface Alloys : Anderson Localization of Electronic States
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In this work, the atomic and electronic structure of mixed surface alloys is studied using a scanning tunneling microscope with variable temperature. The examined class of surface alloys is formed by substitution of every third atom of a Ag(111) surface with the elements Bi, Pb or Sb. While the pure surface alloys consist of only one substituent, mixed surface alloys consist of several substituents with an arbitrary ratio.
For the mixed surface alloys it is possible for the first time to demonstrate the localization of electronic states due to atomic disorder (Anderson localization) on a local scale by comparing topographic and corresponding electronic structures. Using a tight-binding model for disordered lattice structures, the experimental results can be directly reproduced in simulations.
The topographic studies of the mixed surface alloys reveal that the particular substituents retain their individual relaxation even when different substituents are mixed, and so an analysis of the chemical composition of the surface with atomic resolution is possible. The statistical distribution of the particular substituents in the mixed surface alloys is disordered but not fully random. A small, attractive effective pair interaction between substitutional atoms of the same element is demonstrated by a comparison with Monte-Carlo simulations.
A distinct difference in the behavior of the examined mixed surface alloys can be demonstrated for the development of the monolayer phase in the case of an excess of substituents. It can be shown for the growth of the pure surface alloy Bi/Ag on a thin, heteroepitaxial Ag/Pt(111) film, that the presence of bismuth strongly influences the growth of the Ag/Pt(111) film.
The variety of pure surface alloys with individual electronic properties, which can be combined with arbitrary ratio into mixed surface alloys, makes it possible to extend experimental studies of the Anderson localization of electronic states to a wide range of parameters and to examine the influence of of different effects, such as spin-orbit interaction.
Zusammenfassung in einer weiteren Sprache
Diese Arbeit befasst sich mit der Untersuchung der atomaren und elektronischen Struktur von gemischten Oberflächenlegierungen mittels eines Rastertunnelmikroskops mit variabler Temperatur. Die in dieser Arbeit untersuchte Klasse von Oberflächenlegierungen entstehen durch die Substitution von jedem dritten Atom einer Ag(111) Oberfläche durch die Elemente Bi, Pb oder Sb. Während die reinen Oberflächenlegierungen nur ein einzelnen Substituenten beinhalten, können in gemischte Oberflächenlegierungen verschiedene Substituenten in beliebigem Mischungverhältnis vorkommen.
In den gemischten Oberflächenlegierungen kann durch Vergleich der topographischen und den dazugehörigen elektronischen Strukturen erstmals die Lokalisierung von elektronsichen Zuständen aufgrund atomarer Unordnung (Anderson-Lokalisierung) lokal aufgelöst gezeigt werden. Mit Hilfe eines Tight-Binding Modells für ungeordnete Gitterstrukturen werden die experimentellen Messungen in Simulationen direkt reproduziert.
Die topographischen Untersuchungen der gemischten Oberflächenlegierungen zeigen, dass die je nach Element unterschiedliche Relaxation der einzelnen Substituenten auch im gemischten Fall erhalten bleibt, und so eine Analyse der chemischen Zusammensetzung der Oberfläche mit atomarer Auflösung ermöglicht. Die statistische Verteilung der einzelnen Substituenten in den gemischten Oberflächenlegierungen ist ungeordnet, aber nicht ganz zufällig. Eine kleine, attraktive effektive Paarwechselwirkung zwischen substitutionellen Atomen des selben Elements wird durch den Vergleich mit Monte-Carlo Simulationen gezeigt.
Für die Entstehung der Monolagenphase im Falle eines Überschusses an Substituenten kann ein deutlicher Unterschied im Verhalten zwischen den untersuchten Oberflächenlegierungen gezeigt werden. Für das Wachstum der reinen Oberflächenlegierung Bi/Ag auf einem dünnen, heteroepitaktischen Ag/Pt(111) Film, kann wird gezeigt, dass die Anwesenheit des Bismuths das Wachstum des Ag/Pt(111) Films stark beinflusst.
Die Auswahl an reinen Oberflächenlegierungen mit individuellen elektronischen Eigenschaften, die in beliebigem Verhältnis in den gemischten Oberflächenlegierungen kombiniert werden können, ermöglicht es die experimentelle Untersuchung der Anderson-Lokalisierung von elektronischen Zuständen auf einen weiten Raum von Parametern auszudehnen und den Einfluss unterschiedlicher Effekte wie zum Beispiel Spin-Bahn Wechselwirkung zu studieren.
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ZINSER, Fabian, 2012. Local Topographic and Electronic Structure of Mixed Surface Alloys : Anderson Localization of Electronic States [Dissertation]. Konstanz: University of KonstanzBibTex
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