Thermoelektrische und inelastische Effekte beim Ladungstransport in atomaren und molekularen Kontakten

Die Wechselwirkung von Elektronen und Phononen führt zu alltäglichen Phänomenen wie der Erwärmung elektrischer Schaltkreise beim Stromfluss. Bei der Miniaturisierung elektrischer Geräte spielt die Abfuhr der Wärme eine immer wichtigere Rolle. Neben den meist unterwünschten dissipativen Effekten enthalten inelastische Prozesse umgekehrt interessante physikalische Informationen, die bei einer vereinfachten theoretischen Beschreibung der elastischen, energieerhaltenden Vorgänge vernachlässigt werden.

Durch gemeinsame experimentelle und theoretische Studien verschiedener Transportgrößen soll in diesem Projekt ein besseres Verständnis des Einflusses der Elektron-Vibrations-Kopplung auf den Ladungstransport erzielt werden. Nanostrukturen, die als Bausteine komplexerer Bauelemente aufgefasst werden können, erlauben den Vergleich von atomistischen Modellen ohne systemabhängige Parameter mit dem Experiment. Auf diese Weise sollen hier molekulare Kontakte mit Hilfe der inelastischen Tunnelspektroskopie genauer untersucht werden sowie die Veränderungen im Rauschen durch die Anregung von Vibrationen. Zusätzlich sollen thermoelektrischer Nichtgleichgewichtseffekte erklärt werden.

Abb.1: (a) Kette von vier Goldatomen, die an Goldelektroden angebunden ist. Alle Atome in der Region „C” wurden relaxiert. Die „dynamischen Regionen”, in denen Atome vibrieren können, sind mit DR1 und DR2 markiert. (b) Energieabhängige Transmission τ(E) und die vier größten Transmissionswahrscheinlichkeiten τ₁(E) bis τ₄(E) der Eigenkanäle. (c) Wellenfunktionen Ψ₁ bis Ψ₄ der zugehörigen, von links einlaufenden Transmissionseigenkanäle, die an der Fermienergie ausgewertet wurden.