Forschung: Frustrationsge­triebene Ladungsordnung auf Oberflächen

Atomare zwei-dimensionale Gitter mit Dreiecksgeometrie können experimentell hergestellt werden, in dem eine einatomige Schicht epitaxisch auf einem isolierenden Substrat aufgebracht wird. Diese Systeme zeichnen sich durch ihre einfache Struktur aus und verfügen oft über signifikante Elektron-Elektron-Wechselwirkungen, welche zu magnetischen oder ladungsgeordneten Grundzuständen sowie Supraleitung führen. In dieser Arbeit haben wir die  elektronischen Eigenschaften von Pb/Si(111) mit Rastertunnel-Mikroskopie und -Spektroskopie untersucht, und finden einen ladungsgeordneten Grundzustand der Elektronen. Diese elektronische Ladungsordnung konnten wir von der atomaren Struktur der Oberfläche trennen. Die numerische Methode "Extended Variational Cluster Approach" hat es uns erlaubt, das Phasendiagramm als Funktion von lokaler und nicht-lokaler Wechselwirkung zu berechnen. Der eingehende Vergleich von Theorie und Experiment führt zu der Schlussfolgerung, dass die Elektron-Elektron-Wechselwirkung hauptverantwortlich für die Ladungsordnung in Pb/Si(111) ist. Mit unserer Arbeit klärt sich die Kontroverse der bereits früher beobachteten 3 × 3-Rekonstruktion. Dank der Flexibilität und Beeinflussbarkeit von kinetischer Energie, Wechselwirkungsstärke und Bandfüllung bietet sich diese Materialklasse als idealer Startpunkt für die Suche von exotischen Quantenzuständen wie beispielsweise topologischer Supraleitung an.

F. Adler, S. Rachel, M. Laubach, J. Maklar, A. Fleszar, J. Schäfer, R. Claessen,
Correlation-driven charge order in a frustrated two-dimensional atom lattice,
Phys. Rev. Lett. 123, 086401 (2019), (arXiv)