Konkurrierende Grundzustände in metallischen Nanostrukturen

Wir untersuchen dünne Metallfilme und Inseln von 1- 100 nm Größe, die in direktem Kontakt mit einem supraleitenden Metall stehen. Die enge „Nachbarschaft“ zwischen dem Supraleiter S und dem normalen, nicht-supraleitenden Metall N, auch Proximity-Effekt genannt, führt an der Grenzfläche zwischen S und N zu charakteristischen Änderungen der lokalen elektronischen Eigenschaften, insbesondere der elektronischen Zustandsdichte. Letztere ist eine Größe des Elektronensystems, die in vielen Meßgrößen (elektrische Leitfähigkeit, Thermokraft usw.) eine wichtige Rolle spielt. Wir untersuchen den Proximity Effekt lokal mittels der Raster-Tunnelspektroskopie bei Temperaturen unterhalb 1 Kelvin (1 Grad über dem absoluten Nullpunkt) auf einer Längenskala, die kleiner als die Kohärenzlänge des Supraleiters, d.h. des typischen Abstands der supraleitenden Wechselwirkung, ist (10 300 nm). Durch Messung der Ableitung der lokalen Strom-Spannungs-Kennlinien erhält man direkt den Verlauf der Zustandsdichte mit der Energie der Elektronen.

Silberfilme (N) auf Aluminium (S) zeigen eine modifizierte Zustandsdichte, die im Einklang mit der quasi-klassischen Theorie für solche Systme ist. Im Gegensatz dazu werden für Goldfilme auf Al starke Abweichungen gefunden. Durch eine genaue Analyse der Spektren und Vergleich mit den theoretischen Rechnungen können die Abweichungen auf die Existenz einer anziehenden Paar-Wechselwirkung zwischen den Elektronen im Gold zurückgeführt werden.

Außerdem werden durch wohlkontrolliertes Wachstum Silberinseln (N) auf einem Niobeinkristall (S) erzeugt. Dabei wird der Frage nachgegangen, in wie weit die Elektronen an der Ag-Oberfläche, die sich quasi in zwei Dimensionen bewegen, in Wechselwirkung mit der induzierten Supraleitung im Volumen des Ag treten. Schließlich wird untersucht, ob die Erzeugung einer Spin-aktiven Grenzfläche – durch Einbringen einer dünnen ferromagnetischen Isolatorschicht zwischen S und N – zu den von der Theorie vorhergesagten Änderungen der Zustandsdichte aufgrund sogenannter odd-triplett Beiträge führt.