Nach einigen sehr erfolgreichen Arbeiten zu eindimensionalen Elektronensystemen konzentriert sich die Forschung in Experimentalphysik II in den letzten Jahren auf die Untersuchung von Luttinger-Flüssigkeiten. Dieser exotische Zustand von Metallen tritt in eindimensionalen Elektronensystemen auf. Nach der theoretischen Vorhersage dieses Zustandes in den 1960er Jahren wurden bisher nur wenige Systeme gefunden, in denen dieser Zustand experimentell nachgewiesen werden kann. Dementsprechend fanden Luttinger-Flüssigkeiten in der wissenschaftlichen Gemeinschaft große Beachtung. In Zusammenarbeit mit einer Forschungsgruppe an der Universität Würzburg haben wir 2011 ein neues System entdeckt, das erstmals die Manipulation eines Luttinger-Systems auf atomarer Ebene zu ermöglichen schien - Goldnanodrähte auf Ge (001). Damit wurde eine Vielzahl von spannenden Fragestellungen experimentell zugänglich.

Im Rahmen einer weiteren Doktorandenstudie hatten wir geplant, den Kondo-Effekt in einer Luttinger-Flüssigkeit zu untersuchen. In Kondo-Systemen wird das magnetische Moment eines lokalen Atoms durch die magnetischen Momente des freien Elektronengases in der Umgebung abgeschirmt. Dies führt zu deutlichen Signaturen in Rastertunnel-Spektren (Peaks mit Fano-Profil bei der Fermi-Energie). Werden die Elektronen durch die Luttinger-Flüssigkeit in ihrer Bewegung eingeschränkt, so ist zu erwarten, dass die Abschirmung nicht im gleichen Maße wie in einem 2D- oder 3D-Elektronengas erfolgt und sich die Signaturen in der Rastertunnel-Spektroskopie ändern. Nach intensiven Versuchen, eine geeignete Präparation einzelner Kobaltatome auf Goldnanodrähten auf Ge(001) zu erreichen, haben sich verschiedene Probleme mit diesem System ergeben. Zum einen war das Kobalt auf der Oberfläche zu beweglich und zum anderen streut es die Elektronen in den Nanodrähten zu stark.

Ein weiteres Forschungsprojekt der letzten Jahre ist die Konstruktion und Optimierung eines Ultrahochvakuumsystems für winkelaufgelöste Photoemissionsmessungen (ARPES) an Metalloberflächen in Verbindung mit Femtosekunden-Laserpulsen. Es wurden Versuche unternommen, physikalische Effekte, die normalerweise an Molekülen in der Gasphase beobachtet werden, an Metalloberflächen zu beobachten (Autler-Towns-Spaltung). Hierfür wurde ein Modellsystem - Cu(111) - mit besonders langlebigen Oberflächenzuständen verwendet. Aus vorhandenen Komponenten wurde ein UHV-System aufgebaut und ein Elektronen-Energie-Analysator modifiziert, um Elektronen mit sehr niedriger Energie messen zu können. Kommerzielle Analysegeräte sind für diesen Energiebereich oft ungeeignet. Es ist geplant, den " Beweis des Prinzips " zu erreichen, um sich für ein gefördertes Projekt mit einem Flugzeitspektrometer zu bewerben. Im Rahmen einer Dissertation wurden umfangreiche quantenmechanische Berechnungen der zu erwartenden Effekte durchgeführt, um optimierte experimentelle Bedingungen für die Beobachtung einer Autler-Townes-Spaltung zu finden. Es stellte sich heraus, dass Mehrphotonenanregungen einen reichen und interessanten Zoo von Effekten liefern, aber die Intensität mit der vorhandenen Ausrüstung war bisher zu gering für systematische experimentelle Studien.

Referenzen

C. Blumenstein et al., Nature Physics 7, 776 (2011)