Scanning tunneling spectroscopy on graphene nanoislands, iron nanoislands and phase change materials

Subramaniam, Dinesh; Morgenstern, Markus

doi:32207

Scanning tunneling spectroscopy on graphene nanoislands, iron nanoislands and phase change materials = Rastertunnelspektroskopie von Graphen-Nanoinseln, Eisen-Nanoinseln und Phasenwechselnmaterialien

Subramaniam, Dinesh (Author)

2012

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Dinesh Subramaniam

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2012

UmfangII, 125 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2012

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Morgenstern, Markus (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2012-04-20

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-42320
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/65079/files/4232.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Graphen (Genormte SW) ; Rastertunnelmikroskopie (Genormte SW) ; Quantenpunkt (Genormte SW) ; Phase-Change-Technologie (Genormte SW) ; Spin (Genormte SW) ; Spinpolarisation (Genormte SW) ; Magnetismus (Genormte SW) ; Physik (frei) ; stehende Wellen (frei) ; spinpolarisierte Rastertunnelspektroskopie (frei) ; graphene (frei) ; spin polarized scanning tunneling spectroscopy (frei) ; magnetism (frei) ; standing waves (frei) ; quantum dots (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530

Kurzfassung
In der vorliegenden Arbeit wurden Graphen-Nanoinseln auf Ir(111), Fe-Nanoinseln auf W(110) und das Phasenwechselmaterial Ge1Sb2Te4 mittels Rastertunnelspektroskopie (RTS) untersucht. Mit Hilfe von Tieftemperatur RTS wurde die lokale Zustandsdichte von Graphen-Nanoinseln auf Ir(111) abgebildet. Aufgrund einer Bandlücke in der Ir-Bandstruktur im Bereich des K-Punktes von Graphen, sind die elektronischen Eigenschaften von den Nanoinseln von Graphen-Bandstruktur dominiert. Tight-Binding-Rechnungen basierend auf Parametern aus Dichtefunktionalrechnungen zeigen, dass die Interaktion mit dem Substrat am Rand der Insel kontinuierlich eine Bandlücke im Dirac-Kegel öffnet. Dieses „Soft wall confinement“ führt dazu, dass die Wellenfunktionen auf den Graphen-Nanoinseln eine sehr hohe Symmetrie aufweisen. Weitere bekannte Graphen-Iridium-Interaktionen wären das Moiré-Potential und das Eindringen eines Iridium-Oberflächenzustands in die Graphen-Lage. Eine weitere interessante Eigenschaft dieses Systems ist der reine Zig-Zag-Rand, welches einen magnetischen Randzustand haben könnte. Vergleiche von Spin-polarisierter Rastertunnelmikroskopie und Rastertunnelspektroskopie mit Dichtefunktionalrechnungen wurden verwendet, um die Termination der Graphen-Ränder und seiner Spin-Polarisation zu bestimmen. Spin-polarisierte Rastertunnelspektroskopie wurde auch benutzt um das Verhalten von Fe-Nanoinseln auf W(110) mit und ohne externes magnetisches Feld zu untersuchen. Im Fokus der Untersuchung lag die Bewegung von Vortices in einem In-plane-Magnetfeld und die dreidimensionale Hysterese-Kurve einer Einzel-Domäne. Ein anderes Material mit großen Zukunftsaussichten als Speichermedium ist das sogenannte Phasenwechselmedium basierend auf Ge-Te-Sb-Verbindungen. In dieser Arbeit wurde Rastertunnelmikroskopie und Rastertunnelspektroskopie benutzt, um den Verlauf von Bandlücke und Fermi-Niveau von Ge1Sb2Te4 in Abhängigkeit von der Heiztemperatur zu studieren. Zudem wurden großflächige und atomar aufgelöste Topographiebilder verwendet, um die Morphologie und komplexe Atomstruktur von Phasenwechselmedien aufzulösen.

This thesis is concerned with scanning tunnelling spectroscopy (STS) of graphene nanoisland on Ir(111), Fe nanoisland on W(110) and phase change materials Ge1Sb2Te4. Low-temperature STS is used to map the local density of states of graphene dots supported on Ir(111). Because of a band gap in the projected Ir band structure around the graphene K-point, the electronic properties of the quantum dots are dominantly graphene-like. Comparison with tight binding calculations on the honeycomb lattice based on parameters derived from density functional theory show that the interaction with the substrate near the edge of the island gradually opens a gap in the Dirac cone, which implies soft-wall confinement. Interestingly, this confinement results in highly symmetric wave functions. Further influences of the substrate are given by the known moiré potential and a 10% penetration of an Ir surface resonance into the graphene layer. A further interesting aspect of this system is the pure zigzag edges, which may have a spin-polarized edge state. Comparison of spin polarized scanning tunnelling microscopy and spectroscopy measurements with density functional theory calculations are used to determine the termination of the graphene edges and its spin polarization. Spin polarized scanning tunnelling spectroscopy was also used to study the behaviour of the model system Fe nanoisland on W(110) with and without external magnetic field. The investigation was focused on the movement of vortices in an in-plane magnetic-field and hysteretic behaviour of a single-domain island has been observed in all three spatial dimensions. Another interesting material which has great potential for future generations of storage media are the so-called phase change materials based on Ge-Te-Sb alloys. In this work, the scanning tunnelling microscopy and spectroscopy have been employed to reveal the evolution of the band gap and the Fermi level as a function of the annealing temperature for Ge1Sb2Te4. Moreover, large scaled and atomic resolution topography images were recorded to analyse the morphology and the complex atomic structure of this phase change material.

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