TY - JOUR A1 - Krivenkov, Maxim A1 - Golias, Evangelos A1 - Marchenko, Dmitry A1 - Sanchez-Barriga, Jaime A1 - Bihlmayer, Gustav A1 - Rader, Oliver A1 - Varykhalov, Andrei T1 - Nanostructural origin of giant Rashba effect in intercalated graphene JF - 2D Materials N2 - To enhance the spin-orbit interaction in graphene by a proximity effect without compromising the quasi-free-standing dispersion of the Dirac cones means balancing the opposing demands for strong and weak graphene-substrate interaction. So far, only the intercalation of Au under graphene/Ni(111) has proven successful, which was unexpected since graphene prefers a large separation (similar to 3.3 angstrom) from a Au monolayer in equilibrium. Here, we investigate this system and find the solution in a nanoscale effect. We reveal that the Au largely intercalates as nanoclusters. Our density functional theory calculations show that the graphene is periodically stapled to the Ni substrate, and this attraction presses graphene and Au nanoclusters together. This, in turn, causes a Rashba effect of the giant magnitude observed in experiment. Our findings show that nanopatterning of the substrate can be efficiently used for engineering of spin-orbit effects in graphene. KW - quasi-free-standing graphene KW - Ni(111) KW - gold intercalation KW - spin-orbit interaction KW - nanoclusters KW - STM KW - DFT Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/10.1088/2053-1583/aa7ad8 SN - 2053-1583 VL - 4 IS - 3 PB - IOP Publ. Ltd. CY - Bristol ER - TY - JOUR A1 - Krivenkov, Maxim A1 - Marchenko, Dimitry A1 - Sánchez-Barriga, Jaime A1 - Golias, Evangelos A1 - Rader, Oliver A1 - Varykhalov, Andrei T1 - Origin of the band gap in Bi-intercalated graphene on Ir(111) JF - 2D Materials N2 - Proximity to heavy sp-elements is considered promising for reaching a band gap in graphene that could host quantum spin Hall states. The recent report of an induced spin-orbit gap of 0.2 eV in Pb-intercalated graphene detectable by spin-resolved photoemission has spurred renewed interest in such systems (Klimovskikh et al 2017 ACS Nano 11, 368). In the case of Bi intercalation an even larger band gap of 0.4 eV has been observed but was assigned to the influence of a dislocation network (Warmuth et al 2016 Phys. Rev. B 93, 165 437). Here, we study Bi intercalation under graphene on Ir(111) and report a nearly ideal graphene dispersion without band replicas and no indication of hybridization with the substrate. The band gap is small (0.19 eV) and can be tuned by +/- 25 meV through the Bi coverage. The Bi atomic density is higher than in the recent report. By spin-resolved photoemission we exclude induced spin-orbit interaction as origin of the gap. Quantitative agreement of a photoemission intensity analysis with the measured band gap suggests sublattice symmetry breaking as one of the possible band gap opening mechanisms. We test several Bi structures by density functional theory. Our results indicate the possibility that Bi intercalates in the phase of bismuthene forming a graphene-bismuthene van der Waals heterostructure. KW - graphene KW - bismuth KW - Ir(111) KW - spin-orbit interaction KW - ARPES KW - STM KW - bismuthene Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1088/2053-1583/abd1e4 SN - 2053-1583 VL - 8 IS - 3 PB - IOP Publ. Ltd. CY - Bristol ER - TY - JOUR A1 - Utecht, Manuel Martin A1 - Klamroth, Tillmann T1 - Local resonances in STM manipulation of chlorobenzene on Si(111)-7x7 BT - performance of different cluster models and density functionals JF - Molecular physics N2 - Hot localised charge carriers on the Si(111)-7x7 surface are modelled by small charged clusters. Such resonances induce non-local desorption, i.e. more than 10 nm away from the injection site, of chlorobenzene in scanning tunnelling microscope experiments. We used such a cluster model to characterise resonance localisation and vibrational activation for positive and negative resonances recently. In this work, we investigate to which extent the model depends on details of the used cluster or quantum chemistry methods and try to identify the smallest possible cluster suitable for a description of the neutral surface and the ion resonances. Furthermore, a detailed analysis for different chemisorption orientations is performed. While some properties, as estimates of the resonance energy or absolute values for atomic changes, show such a dependency, the main findings are very robust with respect to changes in the model and/or the chemisorption geometry. [GRAPHICS] . KW - DFT KW - cluster model KW - charge localisation KW - STM Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1080/00268976.2018.1442939 SN - 0026-8976 SN - 1362-3028 VL - 116 IS - 13 SP - 1687 EP - 1696 PB - Routledge, Taylor & Francis Group CY - Abingdon ER - TY - GEN A1 - Utecht, Manuel Martin A1 - Klamroth, Tillmann T1 - Local resonances in STM manipulation of chlorobenzene on Si(111)-7×7 BT - performance of different cluster models and density functionals T2 - Molecular Physics N2 - Hot localised charge carriers on the Si(111)-7×7 surface are modelled by small charged clusters. Such resonances induce non-local desorption, i.e. more than 10 nm away from the injection site, of chlorobenzene in scanning tunnelling microscope experiments. We used such a cluster model to characterise resonance localisation and vibrational activation for positive and negative resonances recently. In this work, we investigate to which extent the model depends on details of the used cluster or quantum chemistry methods and try to identify the smallest possible cluster suitable for a description of the neutral surface and the ion resonances. Furthermore, a detailed analysis for different chemisorption orientations is performed. While some properties, as estimates of the resonance energy or absolute values for atomic changes, show such a dependency, the main findings are very robust with respect to changes in the model and/or the chemisorption geometry. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 463 KW - DFT KW - cluster model KW - charge localisation KW - STM Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-412970 ER - TY - THES A1 - Zenichowski, Karl T1 - Quantum dynamical study of Si(100) surface-mounted, STM-driven switches at the atomic and molecular scale T1 - Quantendynamische Untersuchung von Si(100) Oberflächen-gebundenen, STM-gesteuerten atomaren und molekularen Schaltern N2 - The aim of this thesis is the quantum dynamical study of two examples of scanning tunneling microscope (STM)-controllable, Si(100)(2x1) surface-mounted switches of atomic and molecular scale. The first example considers the switching of single H-atoms between two dangling-bond chemisorption sites on a Si-dimer of the Si(100) surface (Grey et al., 1996). The second system examines the conformational switching of single 1,5-cyclooctadiene molecules chemisorbed on the Si(100) surface (Nacci et al., 2008). The temporal dynamics are provided by the propagation of the density matrix in time via an according set of equations of motion (EQM). The latter are based on the open-system density matrix theory in Lindblad form. First order perturbation theory is used to evaluate those transition rates between vibrational levels of the system part. In order to account for interactions with the surface phonons, two different dissipative models are used, namely the bilinear, harmonic and the Ohmic bath model. IET-induced vibrational transitions in the system are due to the dipole- and the resonance-mechanism. A single surface approach is used to study the influence of dipole scattering and resonance scattering in the below-threshold regime. Further, a second electronic surface was included to study the resonance-induced switching in the above-threshold regime. Static properties of the adsorbate, e.g., potentials and dipole function and potentials, are obtained from quantum chemistry and used within the established quantum dynamical models. N2 - Die vorliegende Doktorarbeit befasst sich mit kleinsten schaltbaren Einheiten in Form des Moleküls Cyclooctadien (COD) und dem Wasserstoff-Atom, die chemisch fest mit einer Oberfläche aus kristallinem Silizium verbunden sind. Jeder dieser Schalter kann mittels einer winzigen Spitze, eines so genannten Rastertunnelmikroskops (RTM), von atomarem Durchmesser in zwei unterscheidbare und stabile Schaltpositionen gebracht werden. Dabei besteht das Schalten entweder in einer Änderung der Geometrie des molekularen Schalters oder im Brechen und Neu-knüpfen chemischer Bindungen. Dabei ist es entscheidend, dass durch die geringe Grösse dieser Schalter eine hohe Anzahl dieser Schalter auf einer Oberfläche deponiert werden können. Mit der in den Schaltern speicherbaren Informationen an oder aus, 0 oder 1 ließen sich sehr hohe Speicherkapazitäten erreichen. Vor einer Anwendung dieser Art ist es wichtig zunächst ein grundlegendes Verständnis der Schaltprozesse auf der Oberfläche zu gewinnen. Wenn alle wesentlichen Faktoren berücksichtigt wurden und der Mechanismus des Schaltens verstanden ist, kann das Ergebnis des Experiments mit Hilfe eines theoretischen Modells vorhergesagt werden. Für die Handhabbarkeit muss sich das theoretisches Modell auf wesentliche Einflüsse beschränken und diese so einfach wie möglich beschreiben. So wurde die simultane Bewegung der 12 Atome des COD in die Bewegung eines gemittelten Massenpunktes entlang von einer oder von zwei räumlichen Freiheitsgraden übersetzt. Dabei kann der Massenpunkt im klassischen Bild anschaulich als eine rollende Kugel beschrieben werden, die in einer Seite einer Doppelmulde gefangen ist. Die Kugel kann durch äußere Anregung zum Schwingen gebracht werden und schließlich über eine Barriere in die benachbarte Mulde schalten. Nun muss die Schwingung der Kugel gebremst werden, um ein Zurück-Schwingen der Kugel zu verhindern. Die Anregung erfolgt durch elektrische Ladungen die von der Spitze des RTM zur Oberfläche wandern oder durch eine schwingende, d.h. warme Oberfläche. Das Bremsen wird über die elastische Bindung zu einer kalten Oberfläche vermittelt. Um Quanteneffekte wie das Tunneln der Kugel durch die Barriere zu beschreiben wurde die Kugel durch ein Wellenpaket beschrieben und dessen Aufenthaltswahrscheinlichkeit in der Doppelmulde untersucht. Im Fall des Wasserstoffatoms war die experimentelle Prüfung des entworfenen Modells für ein Schalten bei starkem Strom leider nicht möglich. Für das COD Molekül konnte jedoch nicht nur die Übereinstimmung mit den experimentellen Befunden, sondern im Fall des Schaltens in Abhängigkeit der Oberflächentemperatur auch die Vorhersagefähigkeit des Modells unter Beweis gestellt werden. KW - Kerndynamik KW - molekulare Schalter KW - Nanotechnologie KW - STM KW - Oberflächen KW - Quantum dynamics KW - molecular switches KW - nanotechnology KW - STM KW - surfaces Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-62156 ER -