Atomically resolved studies of quantum excitations and interactions in low-dimensional materials

Diese Arbeit verwendet ein kombiniertes STM-AFM, das bei extremniedrigen Temperaturen und unter UHV betrieben wird. Im ersten Teil dieser Arbeit habe ich die strukturellen und elektronischen Eigenschaften von Graphen auf SiC(0001) untersucht. Die Korrelation zwischen den gebundenen Grenzflächenzuständen und den STM-Bildern wurde untersucht. Im nächsten Teil wurden diese Grenzflächenzustände durch Li-Interkalation von Graphen auf SiC(0001) unterdrückt. Die Interkalation wird durch Quenchen der charakteristischen Überstruktur von Graphen und weiterer Elektronendotierung entdeckt. Dabei werden die Li-Adatome meist an der unteren Grenzfläche platziert: Pufferschicht-SiC. Im nächsten Teil dieser Studie wird eine weitere Li-Interkalation des Graphens durchgeführt, um beide darunter liegende Grenzflächen zu sättigen. Obwohl die vorhergesagte supraleitende Phase fehlte, konnten in den inelastischen Tunnelspektren interessante Merkmale festgestellt werden. In weitergehenden Untersuchungen wurden einzelne chemische Bindungen und elektrostatische Effekte in den Verbindungsstellen der vorherigen Proben bewertet. Zu diesem Zweck wird ein AFM verwendet, um auf kontrollierbare Weise eine Bindung zwischen dem Au-Atom, das die AFM-Spitze abschließt, und einem C-Atom von Graphen auf SiC(0001) zu bilden und zu brechen. Im letzten Teil dieser Dissertation habe ich das System Fe-Pb(111) mittels STM untersucht. Über ihre elektronischen und strukturellen Eigenschaften wurden hauptsächlich zwei unterschiedliche Materialklassen entdeckt. Die breite asymmetrische Lücke um die Fermi-Energie wird der stark verspannten zuerst abgeschiedenen Fe-Schicht zugeschrieben, die pseudomorph auf dem Pb(111)-Substrat wächst. Diese Materialklasse unterdrückt die Supraleitfähigkeit des Substrats. Im Gegensatz dazu zeigt die andere Materialgruppe das Metallische Eigenschaften mit den YSR-Bändern im Inneren der Inselregion.This study uses a combined STM-AFM operating at ultra-low temperature and under UHV. In the first part of this work, I studied the structural and electronic properties of graphene on SiC(0001). The correlation between the interfacial bound states and the STM images was explored. In the next part, these interfacial states were suppressed by Li intercalation of graphene on SiC(0001). The intercalation is discovered by quenching the characteristic superstructure of graphene and further electron doping. In this process, the Li adatoms are mostly placed at the bottom interface: buffer layer-SiC. In the next part of this study, further Li intercalation of the graphene is performed to saturate both underlying interfaces. Although the predicted superconducting phase was absent, inelastic tunneling became a prominent feature in this sample. The studies proceeded further by evaluating individual chemical bonds and electrostatic effects in the junctions of the previous samples. To this end, an AFM is used to form and break in a controllable manner a bond between the Au atom terminating the AFM tip and a C atom of graphene on SiC(0001). In the last part of this dissertation, I investigated the Fe-Pb(111) system by STM. Mainly two different classes of materials were discovered via their electronic and structural properties. The wide asymmetric gap around Fermi energy is attributed to the highly strained first deposited Fe layer, which pseudomorphically grows on the Pb(111) substrate. This class of material suppresses the superconductivity of the substrate. In contrast, the other group of materials shows the metallic feature with the YSR bands in the interior of the island region