Diploma - Max Planck Institute for Solid State Research

Abstract
A thorough knowledge of correlated electron systems is indispensable to describe materials’
properties like superconductivity or heavy-fermion behaviour. Owing to that,
the interaction of localized europium 4f electrons with itinerant rhodium 4d valence
electrons in EuRh 2 Si 2 is discussed in this thesis. The results of angular resolved photoemission
on Si and Eu terminated surfaces are compared to calculated band structures
based on density functional theory. In doing so, the emphasize is laid on the
treatment of the Eu 4f electrons in the calculation. The photoemission spectra of both
surface terminations are reproduced by means of a simple hybridization model. Using
a projection-based method to create Wannier functions, the interaction of the Eu 4f
electrons with the valence band can basically be related to Rh 4d electrons. Moreover,
for the first time a quasi-linear band originated at the surface is described, which could
manifest similar properties like that in graphene [Varykhalov et. al., Phys. Rev. Lett.
101:157601 (2008)] or Bi 2 Se 3 [Xia et. al., Nature Physics 06, 398-402 (2009)]. By the
interplay of the Dirac-like band and the 4f states various new material properties are
conceivable.
Kurzfassung
Um Materialeigenschaften wie Supraleitung und Schwere-Fermion Verhalten erklären
zu können, ist ein grundlegendes Verständnis korrelierter elektronischer Systeme unerlässlich.
In dieser Arbeit wird die Wechselwirkung der lokalisierten Europium 4f Elektronen
mit den itineranten Rhodium 4d Valenzbandelektronen in EuRh 2 Si 2 untersucht.
Dabei werden winkelaufgelöste Photoemissionsmessungen an Si- als auch Euterminierten
Oberflächen mit Bandstrukturen verglichen, welche auf Dichtefunktionalrechnungen
basieren. Hierbei wird insbesondere auf die theoretische Beschreibung
der lokalisierter Elektronen und ihrer Wechselwirkung mit dem Valenzband eingegangen.
Für beide Oberflächenterminierungen können die Photoemissionsspektren mit Hilfe
eines einfachen Hybridisierungsmodells zufriedenstellend reproduziert werden. Durch
Projektion auf Wannierorbitale kann die Wechselwirkung der Eu 4f Elektronen mit dem
Valenzband im Wesentlichen den Rh 4d Elektronen zugeordnet werden. Zudem wird erstmals
ein quasi-lineares Oberflächenband beschrieben, welches ähnliche Eigenschaften
aufweisen könnte wie der Dirac Cone in Graphen [Varykhalov et. al., Phys. Rev. Lett.
101:157601 (2008)] oder Bi 2 Se 3 [Xia et. al., Nature Physics 06, 398-402 (2009)]. Die
Wechselwirkung zwischen diesem und den 4f Zuständen könnte neue, faszinierende Materialeigenschaften
ermöglichen.