Electroluminescence from Plasmonic Excitations in a Scanning Tunnelling Microscope
Year: 2019
Type: dissertation
Abstract: Die elektromagnetische Kopplung von Ladungsträgern in der Spitze eines Rastertunnelmikroskops and einer leitfähigen Probe führt zu einer plasmonischen Resonanz, die experimentell über ihren strahlenden Zerfall im optischen bis nah-infraroten Bereich zugänglich ist. Aufgrund der Verstärkung des elektrischen Feldes unmittelbar am Spitzenapex ist der optisch aktive Bereich dabei auf Abmessungen weit unterhalb der Wellenlänge des Lichts beschränkt, wobei der elektrisch stimulierte Bereich aufgrund der extremen Lokalisierung des Tunnelstroms noch kleiner ist. Dank der Möglichkeit, die Spitze auf Pikometer-Skala frei zu positionieren, eröffnet dies die einzigartige Möglichkeit, die plasmonische Kavität und ihre Resonanz sowohl hinsichtlich des Spitzen-Proben-Abstandes als auch hinsichtlich der involvierten Materialien und deren Geometrie abzustimmen, wenn die Probe lateral inhomogen ist. Diese Arbeit stellt die Gestaltung und Inbetriebnahme eines neuen Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskops vor, welches mit einer komfortablen und effizienten Lichtsammel-Optik ausgerüstet ist. Die Integration der Spitze und eines Sammelspiegels in ein einziges, mikroskopisches Bauteil ermöglicht den einfachen in-situ Wechsel von Spitze und Probe, und umgeht viele Herausforderungen, auf die andere Experimente in der Literatur bislang gestoßen sind. Testmessungen im Zuge der Inbetriebnahme demonstrieren die Fähigkeit des neuen Instruments, Langzeit-Messungen in nie dagewesenem Ausmaß durchzuführen, und reproduzieren bekannte Effekte aus der Literatur im Detail. Überdies wird in dieser Arbeit auch zum ersten Mal Plasmon-vermittelte Lichtemission von einer wohldefinierten, hetero-epitaktisch gewachsenen Oberfläche bestehend aus zwei verschiedenen Metallen vorgestellt, nämlich Kobalt-Nanoinseln auf einer Kupfer (111) Oberfläche. Dabei zeigt die Lichtemission von unterschiedlich terminierten Teilen der Oberfläche einen signifikanten Intensitätskontrast, der auf die Energie-Abhängigkeit des zugehörigen inelastischen Tunnelübergangs zurückgeführt wird.
Author: Edelmann, Kevin
Language: German
Subfield: Atomic and Molecular Physics, and Optics
Field: Physics and Astronomy
Domain: Physical Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W2951036616