Ladungstransport an Oberflächen

Wir erstellen Karten der Potenziallandschaft, die durch einen Strom erzeugt wird, der entlang der Oberfläche oder durch eine Nanostruktur fließt (Scanning Tunneling Potentiometry). Diese Karten geben Aufschluss über grundlegende Transporteigenschaften von Quantenmaterialien, z. B. über den Einfluss von Defekten auf den lokalen elektrischen Transport.

Die zunehmende Bedeutung der Oberflächenleitfähigkeit (im Vergleich zur Bulk-Leitfähigkeit) in modernen nanoelektronischen Bauelementen erfordert eine zuverlässige Bestimmung der Oberflächenleitfähigkeit, um den Einfluss unerwünschter Leckströme auf die Bauelementleistung zu minimieren oder um Oberflächen als Funktionseinheiten zu nutzen.

Die Entflechtung von Oberflächenleitfähigkeit und Halbleitervolumenleitfähigkeit wird durch abstandsabhängige elektrische Vierpunktmessungen mit einem Mehrspitzen-STM erreicht. Die Ergebnisse dieser Messungen werden in Verbindung mit einem theoretischen Modell des Ladungstransports verwendet, um die Oberflächenleitfähigkeit von den parallelen Leitfähigkeitskanälen durch die Raumladungsschicht und die Masse zu entkoppeln [1].

Wir verwenden die in Jülich entwickelte Variante der Multi-Tip-Scanning-Tunnel-Potentiometrie [2] um den Widerstand verschiedener Arten von Defekten an Oberflächen von topologischen Isolatoren zu analysieren. Den größten lokalisierten Spannungsabfall finden wir an Domänengrenzen im topologischen Isolatorfilm, mit einem Widerstand, der etwa viermal höher ist als der einer Stufenkante. Wie in der Abbildung gezeigt, lösen wir auch Widerstandsdipole auf, die sich um nanoskalige Hohlräume in der Probenoberfläche befinden. Der Einfluss solcher Defekte auf den Widerstand des topologischen Oberflächenzustands wird mit Hilfe eines Widerstandsnetzwerkmodells analysiert [3].