Festkörperphysik II - Technische Universität Wien

24 KAPITEL 2. MATERIALIEN DER AKTUELLEN FORSCHUNG
Abbildung 2.21: Schematische Kristallstruktur von SrCuO2. Schraffiert: Sr, schwarz: Cu,
weiss: O [Motoyama et al., Phys. Rev. Lett. 76 (1996) 3212].
in denen der elektronische Transport durch eine einzige metallische Nanoröhre dominiert
wird.
Abbildung 2.24 zeigt die Ergebnisse eines Tunnelexperiments an einem solchen Bündel,
das auf zwei Metallkontakte gelegt wurde (Skizze in Abb.2.24). Die differentielle Leitfähigkeit
dI/dV wurde bei verschiedenen Temperaturen als Funktion der Spannung zwischen den Kontakten
gemessen. Bei kleinen Spannungen ist dI/dV konstant. Dieses ohmsche Verhalten wird
in Tunnelexperimenten zwischen zwei normalen Metallen beobachtet. Wie das lineare Verhalten
in doppelt-logarithmischer Darstellung zeigt, steigt bei höheren Spannungen dI/dV aber
nach einem Potenzgesetz dI/dV ∼ V α an. Zudem fallen die Messkurven bei verschiedenen
Temperaturen in einer Auftragung (dI/dV )/T α gegen eV/(kBT) auf eine universelle Kurve
(Hauptteil von Abb.2.24). Beides ist im Einklang mit der Theorie der Luttinger-Flüssigkeit.
In einer Luttinger-Flüssigkeit zieht die Bewegung eines Elektrons eine wellenförmige Anregung
des gesamten Elektronensystems, eine sog. Plasmaschwingung nach sich. Die Quanten
dieser Schwingung sind die Plasmonen. Während eine Tunnelbarriere von einzelnen Elektronen
passiert (durchtunnelt) werden kann, ist sie für Plasmonen undurchlässig. Die Injektion
eines einzelnen Elektrons in eine Luttinger-Flüssigkeit kostet Energie, da das zusätzliche
Elektron in der Luttinger-Flüssigkeit nicht stabil ist und in Plasmonen zerfallen muss. Die
Energie, die zur Anregung dieser Plasmonen nötig ist, wird von der Spannungsquelle geliefert
und führt zu dem experimentell beobachteten Potenzgesetz.