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| 024 | 7 | _ | |2 HBZ |a HT019686114 |
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| 024 | 7 | _ | |2 Laufende Nummer |a 37124 |
| 037 | _ | _ | |a RWTH-2018-224023 |
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| 082 | _ | _ | |a 530 |
| 100 | 1 | _ | |0 P:(DE-82)995050 |a Lanius, Martin |b 0 |
| 245 | _ | _ | |a Topological insulating tellurides : how to tune doping, topology, and dimensionality |c vorgelegt von M.Sc. Martin Lanius |h online |
| 260 | _ | _ | |a Aachen |c 2018 |
| 300 | _ | _ | |a 1 Online-Ressource (144 Seiten) : Illustrationen |
| 336 | 7 | _ | |2 DataCite |a Output Types/Dissertation |
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| 336 | 7 | _ | |0 2 |2 EndNote |a Thesis |
| 336 | 7 | _ | |0 PUB:(DE-HGF)11 |2 PUB:(DE-HGF) |a Dissertation / PhD Thesis |b phd |m phd |
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| 500 | _ | _ | |a Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University |
| 502 | _ | _ | |a Dissertation, RWTH Aachen University, 2018 |b Dissertation |c RWTH Aachen University |d 2018 |g Fak01 |o 2018-01-30 |
| 520 | 3 | _ | |a Die Möglichkeit eines widerstandslosen, elektrischen Transports durch Oberflächenzustände, welche von der Zeitumkehr-Symmetrie geschützt werden, macht topologische Isolatoren (TIs) zu einem aktuellen Thema der Physik der kondensierten Materie. Die leitenden Zustände sind spin-polarisiert mit einer linearen Energiedispersion, während das Volumen isolierende Eigenschaften besitzt. Diese Kombination eröffnet die Möglichkeit der Konstruktion hochleitender Strukturen, welche wenig Energie benötigen und eine Applikation in der Spintronic versprechen. Weiterhin können diese Materialien in Verbindung mit Supraleitern (SC) zur Detektion von Majorana-Fermionen benutzt werden, welche darüber hinaus vielversprechende Kandidaten für Qubits darstellen. Aktuelle Studien zeigen, dass insbesondere Verbindungen zwischen Bi/Sb und Te starke 3D topologische Isolatoren sind, jedoch eine signifikante Hintergrunddotierung zeigen. In dieser Arbeit werden mehrere Methoden vorgestellt, um Dotierung und Eigenschaften jener Verbindungen zu verändern. Die Schichten wurden mittels Molekularstrahlepitaxie (MBE) auf Si(111) Substraten hergestellt und mittels Rastersondenmikroskopie (STM/AFM), Röntgenspektroskopie (XRD), Rastertransmissionselektronenmikroskopie (STEM) und Atomsondentomographie (APT) auf ihre strukturellen und morphologischen Eigenschaften untersucht. Die elektronische Struktur wurde mittels winkelaufgelöster Photoelektronenspektroskopie (ARPES) bestimmt. Das erste experimentelle Kapitel konzentriert sich auf den starken TI Sb_2 Te_3, indem die Wachstumseigenschaften in Abhängigkeit der Filmdicke untersucht wurden. Die Oberflächencharakterisierung zeigt eine hohe Dichte an Schraubendefekten. Die Resultate wurden in Verbindung mit den Ergebnissen zu ternären (Bi_x 〖Sb_(1-x))〗_2 Te_3 Materialien gebracht. Als zweites wurde Bi_1 Te_1 erfolgreich auf Si(111) hergestellt, von dem Simulationen zeigen, dass es sich um einen schwachen TI und topologisch kristallinen Isolator (TCI) handelt. Eine ARPES Studie wird vorgestellt, welche diese Eigenschaften belegt und STEM bzw. XRD Messungen bestimmen präzise die kristalline Struktur des natürlichen Übergitters 〖(Bi_2)〗_1 〖(Bi_2 Te_3)〗_2. Die Oberflächenanalyse zeigt ein glattes Kristallwachstum fließender Kristallstufen ohne Inselformation sowie die Bildung von „Superstufen“. Im dritten experimentellen Kapitel wird das Konzept einer p-n Struktur aus p-Sb_2 Te_3 und n-Bi_2 Te_3 Schichten vorgestellt, um die elektrischen Eigenschaften zu verändern. ARPES- und Transportmessungen zeigen die Variabilität des Fermi-Niveaus an der Oberfläche und der Ladungsträgerkonzentration. Die strukturelle Charakterisierung mittels STEM und APT zeigt eine diffuse Grenzschicht und die Ausbildung ternärer Komponenten. Weiterhin wird eine p-n Struktur auf Basis von Bi_1 Te_1 vorgestellt. Im letzten Kapitel wird die Realisierung von selektiv-gewachsenen Nanostrukturen aus Bi_2 Te_3 und Sb_2 Te_3 präsentiert. Ein spezielles Design der vorstrukturierten Substrate ermöglicht das Wachstum von freistehenden Strukturen Bi_2 Te_3 ohne unterliegendes Substrat. |l ger |
| 520 | _ | _ | |a The promise of dissipationless transport, protected by time reversal symmetry, made the class of topological Insulators (TIs) a hot topic in condensed matter physics. The current carrying surface states are spin-polarized with linear energy dispersion, while the bulk stays insulating. This combination gives the opportunity to construct highly conducting devices with low energy consumption or applications in spintronics. Beside this, the combination with superconductors (SC) opens new roads towards detecting Majorana quasiparticles, which are predicted to occur at the interface between a TI and a SC. Recent studies show that especially the compounds consisting of Bi/Sb and Te are strong 3D topological insulators. Experiments reveal an unintentional background doping of these materials. In this thesis methods to customize the properties and doping of TIs are presented. The materials were hereby grown on Si(111) by molecular beam epitaxy (MBE). Scanning probe microscopy (STM/AFM), X-ray diffraction (XRD), scanning transmission electron microscopy (STEM), and atom probe tomography (APT) were used to characterize the surface and bulk properties of the TI films. Angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) measurements were carried out under ultra-high vacuum (UHV) conditions to determine the electronic structure of the grown samples. First the p-type strong TI Sb_2 Te_3 was investigated to determine the growth mode depending on the film thickness. The surface characterization reveals a high density of screw dislocations and defects. The results were linked to the topography of ternary (Bi_x 〖Sb_(1-x))〗_2 Te_3 compounds with a high Sb content. In the second experimental chapter the growth of Bi_1 Te_1 was established. Simulations showed that this material is a weak TI and also a topological crystalline insulator (TCI). A ARPES study is presented, evidencing the results of the simulation. From XRD and STEM the crystalline structure of the natural superlattice 〖(Bi_2)〗_1 〖(Bi_2 Te_3)〗_2 is precisely determined. The surface characterization shows a smooth step flow growth with the formation of “super steps”. A concept for customizing the electronical properties of a TI is presented in the third experimental chapter. By combining the p-type Sb_2 Te_3 with an underlying n-type Bi_2 Te_3 film, a p-n heterostructure was constructed. The surface morphology and crystalline quality were studied by STM/AFM and XRD to determine the influence of the virtual Bi_2 Te_3 substrate on the overlying Sb_2 Te_3 film. ARPES and transport measurements show the variability of the fermi level and the carrier concentration. A detailed analysis by STEM/EDX and APT reveals a diffusive interface and the formation of several ternary compounds. Furthermore, the possibility to grow a p-n heterostructure with Bi_1 Te_1 instead of Bi_2 Te_3 is presented and investigated by AFM and XRD. In the last chapter, the growth of Bi_2 Te_3 and Sb_2 Te_3 on pre-patterned substrates at a nanoscopic scale is described. By using the selective growth of Bi_2 Te_3 on different surfaces, it was established to grow ultrathin Bi_2 Te_3 films on Si(111) nanostructures. The tendency of the films to grow over the edges of the patterns built the base for the realization of freestanding Bi_2 Te_3 films on special designed structures like pillar arrays. |l eng |
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