Kurzfassung
Die folgenden Nanostrukturen wurden mittels Rastertunnelmikroskopie und
\newline -Spektroskopie und Rasterkraftmikroskopie untersucht:
Auf GaAs(001) wurden verspannungsinduziert InAs Quantenpunkte mittels Molekularstrahlepitaxie gewachsen und anschließend mittels Tieftemperatur-Ultrahochvakuum-Rastertunnelspektroskopie untersucht. Ein Ultrahochvakuum-Transfer zwischen Molekularstrahlepitaxie und Rastertunnelmikroskop wurde etabliert, weil nur so reproduzierbare Ergebnisse erzielt werden konnten. Auf den Quantenpunkten wurden mehrere Peaks in dI/dV-Kurven aufgelöst, welche zu unterschiedlichen Einteilchenzuständen des jeweiligen Dots gehören. An den Peak-Positionen zeigen ortsaufgelöste dI/dV-Bilder das Betragsquadrat der Wellenfunktionen von (000), (100), (010), (200) und (300) Zuständen, wobei die Zahlen für die Anzahl der Knoten in [110], [110] und [001] Richtung stehen. Die Anzahl der Zustände und die energetische Ordnung sind bei unterschiedlichen Quantenpunkten unterschiedlich. Sehr häufig fehlt der (010) Zustand, obwohl (200) und (300) Zustände gefunden werden. Diese elektronische Anisotropie wird mit der Formanisotropie der Quantenpunkte erklärt.
Naßchemisch hergestellte InAs, InP und CdSe Nanokristalle liegen in Lösung und nicht im Ultrahochvakuum vor. Das erfordert eine rastersondenadäquate Präparation. Diese wurde auf einer Au auf Glimmer Oberfläche realisiert. Tapping-Mode-Rasterkraftmikroskopie und Rastertunnelmikroskopie zeigen unterschiedlich geformte Nanokristall-Agglomerate.
Einwandige Kohlenstoff-Nanoröhren wurden auch auf einer Au auf Glimmer Oberfläche deponiert und anschließend mittels Tieftemperatur-Ultrahochvakuum-Rastertunnelspektroskopie untersucht. Es konnte atomare Auflösung erzielt werden und metallische und halbleitende Nanoröhren identifiziert werden. Zusätzlich wurden Peaks in dI/dV-Kurven um EF auf metallischen Nanoröhren gefunden, welche als defektinduzierte quantisierte Zustände identifiziert werden konnten. Die Ausdehnung der quantisierten Zustände wurde mittels ortsaufgelöster Spektroskopie zu 20--40 nm bestimmt. Der Quantendraht erscheint also fragmentiert in Quantenpunkte, welche über Defekte voneinander getrennt werden. Dies ist ein direkter Beweis für defektinduzierte Rückwärtsstreuung in metallischen Nanoröhren.
The following nanostructures are studied by scanning tunneling microscopy and spectroscopy and atomic force microscopy:
Strain-induced InAs quantum dots are grown on GaAs(001) by molecular beam epitaxy and are subsequently investigated by low temperature ultra-high vacuum scanning tunneling spectroscopy. It turned out that an ultra-high vacuum transfer system between molecular beam epitaxy and scanning tunneling microscope had to be established in order to achieve highly reproducible results. Above the quantum dots, several peaks are found in dI/dV curves which belong to different single-electron states of the particular dot. Spatially resolved dI/dV images at the peak positions reveal a (000), (100), (010), (200), and (300) character of the squared wave function, where the numbers describe the number of nodes in [110], [110], and [001] direction, respectively. The total number and the energetic sequence of the states are found to be different for different dots. The (010) state, for example, is often missing even if (200) and (300) states are present. This electronic anisotropy is attributed to a shape asymmetry of the quantum dots.
InAs, InP, and CdSe nanocrystals are chemically prepared in solution and not in ultra-high vacuum. This requires a preparation technique compatible with scanning probe methods. Therefore, a scanning probe equitable preparation technique for deposition of nanocrystals on Au on mica substrates is developed. Air tapping-mode atomic force microscopy and scanning tunneling microscopy images show randomly shaped nanocrystal agglomerates.
Single-walled carbon nanotubes are also deposited on Au on mica substrates and measured with low temperature ultra-high vacuum scanning tunneling microscopy and spectroscopy. Atomic resolution is obtained and metallic or semiconducting tubes are identified. Additionally, peaks are found in dI/dV curves on metallic tubes close to EF which are attributed to defect-induced confined states within the extended metallic tube. Spatially resolved spectroscopy reveal the extension of the confined regions to be about 20--40 nm. Thus, the quantum wire appears to be fragmented into quantum dots separated by defects. This is a direct evidence for defect induced backscattering within metallic carbon nanotubes.