SPP 1666: Magnetisch dotierte topologische Isolatoren: vom Grundzustand zur Dynamik (II)


Die Entdeckungen des Quanten-Spin-Hall-Effekts und der topologischen Isolatoren (TI) haben eine neue Materialklasse in zwei beziehungsweise drei Dimensionen begründet. Topologische Isolatoren sind nur in ihrem Inneren Isolatoren und weisen elektrisch leitende, topologisch geschützte Oberflächenzustände auf. Derzeit ist die Zahl der Materialien überschaubar, für die die elektronische Bandstruktur eines TI nachgewiesen wurde, und nur sehr wenige Systeme zeigen experimentell nachweisbare Oberflächenzustände, obwohl die Zahl der vorhergesagten TI-Materialien beständig steigt. Das Schwerpunktprogramm soll daher einen wesentlichen Fortschritt durch die Bearbeitung der folgenden Aufgabengebiete herbeiführen: (1) Verbesserung existierender TI-Materialien: Die momentan verfügbaren Materialien (Heterostrukturen von HgTe/Cd1-xHgxTe und Oberflächen von Bi1-xSbx, Bi2Te3, Bi2Se3, Sb2Te3, einschließlich ihrer ternären und quaternären Verbindungen) zeigen eine sehr kleine Bandlücke bzw. eine intrinsische Dotierung, die das Volumen in ein Metall überführt. Diese Materialien sollen verbessert werden, um Anwendungen bei Raumtemperatur unter Mitwirkung des ein- bzw. zweidimensionalen Oberflächenzustands zu ermöglichen. Hierzu sind Untersuchungen des Wachstums und der geometrischen und elektronischen Struktur erforderlich. (2) Grundlegende Eigenschaften und Bauelementstrukturen: Die grundlegenden Eigenschaften der TI führen zu vielen außergewöhnlichen elektronischen Merkmalen wie der verbotenen Rückstreuung. Deren Untersuchung ist wesentlich, um Bauelementstrukturen und Messtechniken, insbesondere für spinabhängige Transportphänomene, zu entwickeln, die in zukünftigen elektronischen Bauteilen verwendet werden können. (3) Neue Materialien und Konzepte: Neue Materialien (z.B. Heusler-Verbindungen, Oxide) können die Beschränkungen gegenwärtig bekannter TI-Materialien überwinden helfen sowie weitere neue Eigenschaften mit sich bringen. Innovative Konzepte, beispielsweise zum Nachweis von Majorana-Fermionen mittels TI, sollen entwickelt werden. Das Schwerpunktprogramm führt die deutschen Forschergruppen auf dem Gebiet der zwei- und dreidimensionalen TI zusammen, insbesondere experimentell und theoretisch arbeitende Gruppen.


Projektleitung
Fischer, Saskia Prof. Dr. rer. nat. (Details) (Neue Materialien)

Laufzeit
Projektstart: 01/2017
Projektende: 01/2020

Forschungsbereiche
Experimentelle Physik der kondensierten Materie, Naturwissenschaften

Forschungsfelder
Elektronik, Experimentelle Physik, kondensierte Materie, Neue Materialien, Quanten-/Spinelektronik, Quantentechnologie

Zuletzt aktualisiert 2021-22-07 um 15:56