7 research outputs found
Coexistence of charge and ferromagnetic order in fcc Fe
Phase coexistence phenomena have been intensively studied in strongly
correlated materials where several ordered states simultaneously occur or
compete. Material properties critically depend on external parameters and
boundary conditions, where tiny changes result in qualitatively different
ground states. However, up to date, phase coexistence phenomena have
exclusively been reported for complex compounds composed of multiple elements.
Here we show that charge- and magnetically ordered states coexist in
double-layer Fe on Rh(001). Scanning tunneling microscopy and spectroscopy
measurements reveal periodic charge order stripes below a temperature of 130 K.
Close to liquid helium temperature, they are superimposed by ferromagnetic
domains as observed by spin-polarized scanning tunneling microscopy.
Temperature-dependent measurements reveal a pronounced cross-talk between
charge and spin order at the ferromagnetic ordering temperature about 70 K,
which is successfully modeled within an effective Landau theory including
sixth-order terms. Our results show that subtle balance between structural
modifications can lead to competing ordering phenomena
Non-Poissonian statistics from Poissonian light sources with application to passive decoy state quantum key distribution
We propose a method to prepare different non-Poissonian signal pulses from
sources of Poissonian photon number distribution using only linear optical
elements and threshold photon detectors. This method allows a simple passive
preparation of decoy states for quantum key distribution. We show that the
resulting key rates are comparable to the performance of active choices of
intensities of Poissonian signals.Comment: 7 pages, 3 figures, accepted for publication in Opt. Let
Hysteretic melting transition of a soliton lattice in a commensurate charge modulation
We report on the observation of the hysteretic transition of a commensurate charge modulation in IrTe2 from transport and scanning tunneling microscopy (STM) studies. Below the transition (T-C approximate to 275 K on cooling), a q = 1/5 charge modulation was observed, which is consistent with previous studies. Additional modulations [q(n) = (3n + 2)(-1)] appear below a second transition at T-S approximate to 180 K on cooling. The coexistence of various modulations persists up to T-C on warming. The atomic structures of charge modulations and the temperature-dependent STM studies suggest that 1/5 modulation is a periodic soliton lattice that partially melts below T-S on cooling. Our results provide compelling evidence that the ground state of IrTe2 is a commensurate 1/6 charge modulation, which originates from the periodic dimerization of Te atoms visualized by atomically resolved STM images.open141
Charge Density Waves at different sample systems: Chromium on thungsten(110), iridium ditelluride, and iron on rhodium (001)
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden mit einem Rastertunnelmikroskop (RTM) Ladungsdichtemodulationen
(LDM) auf Oberflächen von drei verschiedenen Probensystemen
untersucht. Bei den Proben handelt es sich um Chrom auf Wolfram(110), Iridiumditellurid
(IrTe2) als Volumenmaterial und Eisen auf Rhodium(001). Es werden sowohl die Temperaturabhängigkeit
der Phasenßbergänge als auch die Wechselwirkung zwischen magnetischen
und elektronischen Eigenschaften analysiert.
Chrom (Cr) ist ein einfaches Ăbergangsmetall, in dem sowohl eine klassische Ladungsdichtewelle
(LDW) als auch eine Spindichtewelle (SDW) auftreten. Die im Experiment
betrachteten Cr-Inseln auf Wolfram(110) schlagen eine BrĂźcke zwischen dem Volumenmaterial
und ultradĂźnnen Schichten. Dabei zeigt sich der Zusammenhang zwischen elektronischen
und magnetischen Eigenschaften in der Ausbildung einer LDW-LĂźcke und dem
gleichzeitigen Verschwinden des magnetischen Kontrastes bei lokalen Schichtdicken von
dCr =� 4nm. Dies kann durch eine Rotation des Spindichtewellenvektors Q erklärt werden.
Fßr dCr <� 3nm verschwindet die LDW erneut. Zusätzlich zur LDW und SDW
entsteht aufgrund der unterschiedlichen Gitterparameter von Chrom und Wolfram bei
lokalen Schichtdicken von dCr ďż˝ < 3nm eine MoirĂŠ-Ăberstruktur.
IrTe2 ist Gegenstand zahlreicher aktueller Forschungsaktivitäten und weist eine LDM mit
gleichzeitiger Transformation des atomaren Gitters auf. Ein PhasenĂźbergang erster Ordnung
erzeugt zunächst bei der Ăbergangstemperatur TC =ďż˝ 275K eine Modulation mit
dem Wellenvektor q = 1/5(1, 1, 0). Mithilfe temperaturabhängiger RTM-Messungen kann
das Phasendiagramm um einen weiteren Ăbergang erster Ordnung bei TS ďż˝ = 180K erweitert
werden. Dabei bilden sich zunehmend Te-Dimere an der sichtbaren (001)-Oberfläche
und IrTe2 wechselt in einen Grundzustand mit maximaler Dichte von Dimeren und dem
Wellenvektor q = 1/6(1, 1, 0). Der Mechanismus beider Phasenßbergänge wird durch die
Probenqualität und die Oberflächenpräparation beeinflusst, sodass die Phasenßbergänge
erster Ordnung teilweise verlangsamt ablaufen. Durch eine Analyse der Oberflächendynamik
am Phasenßbergang kann der zugrundeliegende Mechanismus des Domänenwachstums
im Realraum untersucht werden.
Im letzten Teil der Arbeit werden ultradĂźnne Eisenfilme auf Rhodium(001) betrachtet.
Dabei treten auf der Doppellage Eisen (Fe) auf Rhodium (Rh) spannungsabhängige
elektronische Modulationen mit senkrecht zueinander orientierten Wellenvektoren
q1 = [(0, 30 Âą 0, 03), 0, 0] und q2 = [0, (0, 30 Âą 0, 03), 0] in Richtung [100] und [010] auf.
Temperaturabhängige Messungen zeigen die stetige Verkleinerung der Modulation beim
Erwärmen der Probe und somit einen Phasenßbergang zweiter Ordnung. Die LDM tritt
auch auf der dritten und vierten Lage Eisen mit gleichgerichteten aber kleineren Wellenvektoren
q auf. Spinpolarisierte RTM-Daten zeigen einen c(2Ă2)-Antiferromagnetismus auf
einer Monolage Eisen. FĂźr Fe-Bedeckungen von 1ML ďż˝ - 5ML tritt Ferromagnetismus
perpendikular zur Oberfläche auf. Diese Messungen zeigen erstmals gleichzeitiges Auftreten
einer elektronischen und magnetischen Phase in einem reinen 3d-Ăbergangsmetall
im Realraum.In the scope of this thesis Charge Density Modulations (CDM) on surfaces of three different
sample systems are examined with Scanning Tunneling Microscopy (STM). The sample
systems include chromium on tungsten(110), bulk IrTe2, and iron on rhodium(001). The
experimental results help to analyze the temperature dependence of phase transitions and
the interaction between magnetic and electronic properties.
Chromium (Cr) belongs to the basic transition metals and exhibits both a classical Charge
Density Wave (CDW) and a Spin Density Wave (SDW). The data of Cr-islands on
tungsten(110) presented in this work connects already known properties of the bulk material
and ultrathin films. For local island thicknesses dCr =ďż˝ 4nm the electronic properties
show the onset of a CDW-gap, which is linked to the coexistent vanishing of magnetic
contrast. The suppression of magnetic contrast can be explained by a rotation of the spinvector
Q. This has been shown by spin-polarized STM (SP-STM). The CDW vanishes
again for dCr <ďż˝ 3nm. Additional to CDW and SDW a MoirĂŠ-pattern exists at thicknesses
dCr ďż˝ < 3nm caused by the lattice mismatch between chromium and tungsten.
IrTe2 is currently a hot topic in physical science and shows a CDM with a coexisting
transformation of the atomic lattice. A first-order phase transition occurs at the transition
temperature TC =ďż˝ 275K and results in a modulation with the wave-vector q = 1/5(1, 1, 0).
The performance of temperature-dependent STM measurements helps to extend the phase
diagram of IrTe2 with a second first-order phase transition at TS =ďż˝ 180K. Within this
phase transition the density of Te-dimers increases and the (001)-surface of IrTe2 develops
into in a ground state with the wave vector q = 1/6(1, 1, 0). Both phase transitions are
affected by the sample quality and the surface preparation and therefore proceed decelerated.
It was possible to investigate the underlying mechanisms of the domain growth with
the analysis of the surface dynamics in real space .
The last part of this thesis deals with ultrathin iron layers on rhodium (001). On top of
an iron (Fe) film with a thickness of two atomic layers some bias-dependent, electronic
modulations perpendicular to each apper. The wavevectors q1 = [(0, 31 Âą 0, 04), 0, 0] and
q2 = [0, (0, 31 Âą 0, 04), 0] are orientated along the [100]- and [010]-direction. Temperature
dependent measurements show a continuous decrease of the electronic signal when
warming up the sample. This behavior is characteristic for a second-order phase transition.
The CDM is also visible on iron films with three and four atomic layers thickness.
With increasing film thickness the wavevectors are still oriented in the same directions,but
the periodicity decreases. SP-STM measurements show antiferromagnetic c(2Ă2)-ordering
on the monolayer iron. The thin films develop ferromagnetism out-of-plane for coverages
1ML ďż˝ - 5ML. These results present for the first time in real space the coeval
appearance of an electronic and magnetic phase in a pure 3d-transition metal
Ladungsdichtemodulationen an unterschiedlichen Probensystemen: Chrom auf Wolfram(110), Iridiumditellurid und Eisen auf Rhodium(001)
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden mit einem Rastertunnelmikroskop (RTM) Ladungsdichtemodulationen (LDM) auf Oberflächen von drei verschiedenen Probensystemen untersucht. Bei den Proben handelt es sich um Chrom auf Wolfram(110), Iridiumditellurid (IrTe2) als Volumenmaterial und Eisen auf Rhodium(001). Es werden sowohl die Temperaturabhängigkeit der PhasenĂźbergänge als auch die Wechselwirkung zwischen magnetischen und elektronischen Eigenschaften analysiert. Chrom (Cr) ist ein einfaches Ăbergangsmetall, in dem sowohl eine klassische Ladungsdichtewelle (LDW) als auch eine Spindichtewelle (SDW) auftreten. Die im Experiment betrachteten Cr-Inseln auf Wolfram(110) schlagen eine BrĂźcke zwischen dem Volumenmaterial und ultradĂźnnen Schichten. Dabei zeigt sich der Zusammenhang zwischen elektronischen und magnetischen Eigenschaften in der Ausbildung einer LDW-LĂźcke und dem gleichzeitigen Verschwinden des magnetischen Kontrastes bei lokalen Schichtdicken von dCr â 4nm. Dies kann durch eine Rotation des Spindichtewellenvektors Q erklärt werden. FĂźr dCr ⤠3nm verschwindet die LDW erneut. Zusätzlich zur LDW und SDW entsteht aufgrund der unterschiedlichen Gitterparameter von Chrom und Wolfram bei lokalen Schichtdicken von dCr ⤠3nm eine MoirĂŠ-Ăberstruktur. IrTe2 ist Gegenstand zahlreicher aktueller Forschungsaktivitäten und weist eine LDM mit gleichzeitiger Transformation des atomaren Gitters auf. Ein PhasenĂźbergang erster Ordnung erzeugt zunächst bei der Ăbergangstemperatur TC â 275K eine Modulation mit dem Wellenvektor q = 1/5(1, 1, 0). Mithilfe temperaturabhängiger RTM-Messungen kann das Phasendiagramm um einen weiteren Ăbergang erster Ordnung bei TS â 180K erweitert werden. Dabei bilden sich zunehmend Te-Dimere an der sichtbaren (001)-Oberfläche und IrTe2 wechselt in einen Grundzustand mit maximaler Dichte von Dimeren und dem Wellenvektor q = 1/6(1, 1, 0). Der Mechanismus beider PhasenĂźbergänge wird durch die Probenqualität und die Oberflächenpräparation beeinflusst, sodass die PhasenĂźbergänge erster Ordnung teilweise verlangsamt ablaufen. Durch eine Analyse der Oberflächendynamik am PhasenĂźbergang kann der zugrundeliegende Mechanismus des Domänenwachstums im Realraum untersucht werden. Im letzten Teil der Arbeit werden ultradĂźnne Eisenfilme auf Rhodium(001) betrachtet. Dabei treten auf der Doppellage Eisen (Fe) auf Rhodium (Rh) spannungsabhängige elektronische Modulationen mit senkrecht zueinander orientierten Wellenvektoren q1 = [(0, 30 Âą 0, 03), 0, 0] und q2 = [0, (0, 30 Âą 0, 03), 0] in Richtung [100] und [010] auf. Temperaturabhängige Messungen zeigen die stetige Verkleinerung der Modulation beim Erwärmen der Probe und somit einen PhasenĂźbergang zweiter Ordnung. Die LDM tritt auch auf der dritten und vierten Lage Eisen mit gleichgerichteten aber kleineren Wellenvektoren q auf. Spinpolarisierte RTM-Daten zeigen einen c(2Ă2)-Antiferromagnetismus auf einer Monolage Eisen. FĂźr Fe-Bedeckungen von 1ML ⤠θ ⤠3,5ML tritt Ferromagnetismus perpendikular zur Oberfläche auf. Diese Messungen zeigen erstmals gleichzeitiges Auftreten einer elektronischen und magnetischen Phase in einem reinen 3d-Ăbergangsmetall im Realraum