Scanning tunneling spectroscopy of quantum coherence phenomena due to atom-by-atom nanostructure assembly on semiconductor surfaces
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt wurde die Technik der Atom-Manipulation mittels Tieftemperatur- Rastertunnelmikroskopie (STM) eingesetzt, um kleinste Strukturen aus atomaren Bausteinen auf Halbleiteroberflächen aufzubauen und hinsichtlich ihrer Eigenschaften zu untersuchen. Als Bausteine dienten einzelne angelagerte Atome und atomare Oberflächenleerstellen, die mit der STM-Spitze erzeugt bzw. präzise positioniert werden konnten. Mit diesem Ansatz wurden modellmäßige Funktionalitäten individueller Nanostrukturen realisiert und studiert, wie z.B. Schalt- und Speicherverhalten auf atomarer Skala, oder auch die Quantisierung und Kopplung elektronischer Zustände in maßgeschneiderten Nanostrukturen. Atom-Manipulation mit dem STM wurde zu Beginn der 1990er Jahre von Eigler et al. entwickelt, und seither vielfältig auf Atome und Moleküle auf Metalloberflächen angewandt. Hinsichtlich der Materialklasse der Halbleiter ist bereits bekannt, daß einzelne Atome aus einer Halbleiteroberfläche extrahiert und wieder deponiert werden können. Weiterhin wurde gezeigt, daß an der Oberfläche angelagerte Atome (Adatome) zur Diffusion angeregt und Austauschreaktionen zwischen Adatomen und Oberflächenatomen lokal induziert werden können. Die Realisierung von „Atom-für-Atom“ aufgebauten Strukturen bestehend aus miteinander wechselwirkenden atomaren Bausteinen auf einer Halbleiteroberfläche wurde hingegen erstmals durch unsere Arbeiten im Rahmen dieses Projekts demonstriert. Dieses Ergebnis kann als Durchbruch bei der Erforschung individueller funktionaler Nanostrukturen in halbleiterbasierten Systemen gesehen werden. Die Resultate zeigen, daß die inherenten Eigenschaften eines Halbleiters – kovalenter Bindungstyp und verminderte Abschirmung von lokalisierten Ladungen – von maßgeblicher Bedeutung für die beobachteten Effekte sind. Der hier gewählte methodische Ansatz liefert Einblicke in die lokalen quantenphysikalischen Eigenschaften der gezielt aufgebauten Strukturen. Ein Verständnis dieser Eigenschaften ist wichtig für die Realisierung zukünftiger Datenverarbeitungstechnologien, die auf halbleiterbasierten Quantenstrukturen beruhen. Die im Verlauf dieses Projekts erzielten Resultate haben Beachtung in der Presse gefunden. Berichterstattung erfolgte durch Artikel in der Berliner Tageszeitung „Tagesspiegel“ und in der japanischen Wirtschaftszeitung „Nikkan Kyogo Shinbun“.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Atom-by-atom quantum state control in adatom chains on a semiconductor, Phys. Rev. Lett. 103, 096104-1/4 (2009)
S. Fölsch, J. Yang, Ch. Nacci, K. Kanisawa
- Atom-by-atom quantum state control in assembled In chains on InAs(111)A, PDI Annual Report 2009, 62-63
J. Yang, Ch. Nacci, K. Kanisawa, S. Fölsch
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.103.096104) - Atom-by-atom assembly and spectroscopy of In/InAs(111)A adatom chains by low-temperature scanning tunneling microscopy, J. Vac. Sci. Technol. B 28, C5G1-C5G4 (2010)
J. Yang, Ch. Nacci, K. Kanisawa, S. Fölsch
- Reversible manipulation of single In vacancies on InAs(111)A by low-temperature scanning tunneling microscopy, PDI Annual Report 2010, 74-75
J. Yang, Ch. Nacci, T. Akiyama, K. Kanisawa, S. Fölsch
- Assembling indium atoms into nanostructures on a cleaved InAs(110) surface, Appl. Phys. Express 4, 085002-1/3 (2011)
K. Suzuki, S. Fölsch, K. Kanisawa
- Emergent multistability in assembled nanostructures, Nano Lett. 11, 2486-2489 (2011)
J. Yang, S. C. Erwin, K. Kanisawa, Ch. Nacci, S. Fölsch
