NMR-Experimente zur elektronischen Struktur der Si(111)(7x7)-Oberfläche

Obwohl die Si(111)(7x7)-Oberfläche eine der am intensivsten untersuchten Halbleiteroberflächen ist, ist die Zustandsdichte am Ferminiveau noch immer Gegenstand der Diskussion. In der vorliegenden Arbeit wurde die elektronische Struktur der Si(111)(7x7)-Oberfläche mittels beta-NMR mit 8Li als extrem verdünnter Sonde untersucht. Aus der Messung der Temperaturabhängigkeit der Relaxationsrate läßt sich die Zustandsdichte am Ferminiveau bestimmen. Zur Verbesserung der Energieauflösung wurde die Kühlung der Oberfläche von flüssigem Stickstoff auf flüssiges Helium umgestellt. Die Anpassung der Daten an eine Modell-Zustandsdichte ergab ein nur 5 meV breites Band an der Fermienergie. Dieses Band wird von Vielteilcheneffekt hervorgerufen. Seine geringe Breite ist ein Indiz dafür, daß die Si(111)(7x7)-Oberfläche kurz vor einem Hubbard-Metall-Isolator-Übergang steht, der von Elektronenkorrelationen getrieben wird. Für die Si(111)(7x7)-Oberfläche ist das die erste Beobachtung dieses Übergangs. Aus der schwachen Abhängigkeit der Relaxationsrate vom äußeren Magnetfeld zusammen mit der Konstanz der Relaxationsrate zwischen 48 K und 400 K wurde für die Aktivierungsenergie der Diffusion von 8Li, bei Bedeckungen von etwa 10^(-3)ML, auf der Si(111)(7x7)-Oberfläche eine untere Grenze von 0,5 eV gefunden. In beta-NMR-Resonanzabsorptionsexperimenten wurden für positive und negative Ausgangspolarisation den 8Li-Ensembles leicht verschobene Absorptionslinien beobachtet. Aus der Verschiebung ließ sich das Vorzeichen des elektrischen Feldgradienten (EFG) von 8Li adsorbiert auf Si(111)(7x7) bestimmen. Der EFG ist positiv. Aufgrund der Breite der Linien von 12 MHz ist der tatsächliche Betrag des EFG größer, als der aus der Verschiebung errechnete, Vzz>2,44*10^15 V/cm^2. Li adsorbiert demnach in der Ebene der Adatome