From time-resolved atomic-scale imaging of individual donors to their cooperative dynamics

Kloth, Philipp; Wenderoth, M.

doi:10.1126/sciadv.1601552

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“…It is not unusual that the {110} surface affects the energetic position of the dopants. 27,28 Similar observations have been reported for highly mismatched N impurities in GaAs, which in contrast to B are located on the group V sublattice. 29…”

Section: B Boron Induced Modifications Of the Local Electronic Strucsupporting

confidence: 77%

Structural and electronic properties of isovalent boron atoms in GaAs

Krammel

Nattermann

Volz

et al. 2018

Journal of Applied Physics

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Section: B Boron Induced Modifications Of the Local Electronic Strucsupporting

confidence: 77%

Structural and electronic properties of isovalent boron atoms in GaAs

Krammel

Nattermann

Volz

et al. 2018

Journal of Applied Physics

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“…Um die Funktionsweise unseres neuen Instruments zu demonstrieren, bleiben wir beim Studium der Ladungsdynamik der GaAs‐Oberfläche . Abbildung skizziert die Prozesse, die hier unter optischer Anregung und während des Tunnelns ablaufen.…”

Section: Ortsaufgelöste Ladungsdynamikunclassified

Fein und schnell

Kloth

Wenderoth

2017

Physik in unserer Zeit

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A m Anfang des 20. Jahrhunderts zeichnete sich ab, dass sichtbares Licht und damit die klassische Mi kroskopie nicht ausreicht, Bilder aus der neu entdeckten Welt der Atome zu liefern. Um diese Grenze zu durchbrechen, wurden verschiedene Instrumente entwickelt. Das Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM) nutzt beispielsweise den Welle-Teilchen-Dualismus von Elektronen, um atomare Strukturen aufzulösen. Wesentlich später gelang es Stefan Hell mit seinem STED (Stimulated Emission Depletion)-Mikroskop, Strukturen mit Photonen sichtbar zu machen, die kleiner als das Beugungslimit sind. Für die Visualisierung von Oberflächen auf kleinster Skala haben sich Rastersondenverfahren durchgesetzt. 1981 konnten Gerd Binnig und Heinrich Rohrer mit dem von ihnen erfundenen Rastertunnelmikroskop (RTM) erstmals die komplexe Rekonstruktion der Siliziumoberfläche im Realraum darstellen [1]. 1986 erhielten beide zusammen mit Ernst Ruska, dem Wegbereiter der Elektronenmikroskopie, den Nobelpreis für Physik. Der Abbildungsmechanismus des RTM basiert auf dem Vermessen des Tunnelstroms zwischen einer Spitze und der Probenoberfläche als Funktion der angelegten Spannung und der Position im Raum. Dadurch kann diese Technik nicht nur die topographischen Eigenschaften der Oberfläche auflösen, sondern auch ihre die elektronischen Eigenschaften spektroskopisch entschlüsseln (Abbildung 1) [2, 3]. Diese Methode hat jedoch einen bedeutenden Nachteil. Die gemessenen Ströme sind sehr klein und verlangen eine lange Mittelungszeit, was das Beobachten von schnell ablaufenden, dynamischen Prozessen unmöglich macht. Rein optische Methoden hingegen erlauben es, ultraschnelle Vorgänge zu messen. Möglich macht dies die Pump-Probe-Spektroskopie. Dabei wird das untersuchte System durch einen Pump-Laserpuls angeregt und in der Folge das abklingende Verhalten mit dem Probe-Laserpuls gemessen. Das Variieren der Zeit zwischen Pump-und Probepuls generiert Daten über den Ablauf eines schnellen Prozesses. Das zeitliche Auflösungsvermögen ist dabei von der Zeitdauer der Pulse begrenzt. Moderne Laseroszillatoren sind in der Lage, Impulse mit nur wenigen Femtosekunden (10 -15 s) Dauer routinemäßig zu generieren. Das ABB. 1 AUFNAHMEN MIT RASTERTUNNELMIKROSKOP (RTM) a) Rastertunnelmikroskopie-Aufnahme einer Heterostruktur aus der Schichtfolge GaAs/AlAs/GaAs in der Querschnittsgeometrie. Die Farben beschreiben die Höhe der Mikroskopspitze über der Probe in Pikometern. In der AlAs-Schicht sind Quantenpunkte aus InAs eingebaut, die als helle Strukturen erkennbar sind [2]. b) Lokales Streumuster einer magnetischen Störstelle in einem Kupfer-Einkristall [3].

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“…The combination of ultrafast laser pulses with scanning tunneling microscopy (STM) promises advancements in surface science by connecting sub-nanometer resolution with light-driven dynamics [1][2][3][4][5]. Various optically induced phenomena have been investigated on an atomic level, such as surface photochemical reactions [6][7][8][9][10][11][12][13], photo-induced molecular motion [14][15][16][17][18][19], charging of individual molecules, defects, dopants and nanostructures [20][21][22][23][24][25][26], and tip-enhanced Raman scattering by nanostructures and single molecules [27][28][29][30][31][32]. Time-resolved STM operation gains particular attention in the form of pump-probe excitation of dynamical processes, which can reach the femtosecond (fs) domain [9, 16, 21-23, 25, 33-39].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Controlling photocurrent channels in scanning tunneling microscopy

et al. 2020

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We investigate photocurrents driven by femtosecond laser excitation of a (sub)-nanometer tunnel junction in an ultrahigh vacuum low-temperature scanning tunneling microscope (STM). The optically driven charge transfer is revealed by tip retraction curves showing a current contribution for exceptionally large tip-sample distances, evidencing a strongly reduced effective barrier height for photoexcited electrons at higher energies. Our measurements demonstrate that the magnitude of the photo-induced electron transport can be controlled by the laser power as well as the applied bias voltage. In contrast, the decay constant of the photocurrent is only weakly affected by these parameters. Stable STM operation with photoelectrons is demonstrated by acquiring constant current topographies. An effective non-equilibrium electron distribution as a consequence of multiphoton absorption is deduced by the analysis of the photocurrent using a one-dimensional potential barrier model.

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From time-resolved atomic-scale imaging of individual donors to their cooperative dynamics

Abstract: Pulsed optical excitation in combination with scanning tunnel microscopy resolves charge dynamics at the gallium arsenide surface.

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Structural and electronic properties of isovalent boron atoms in GaAs

Structural and electronic properties of isovalent boron atoms in GaAs

Fein und schnell

Controlling photocurrent channels in scanning tunneling microscopy

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