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Peter Grünberg Institut
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Topologische Isolatoren

Seit der Entdeckung einer neuen Materialklasse, den sogenannten topologischen Isolatoren, gibt es große Forschungsanstrengungen an diesem neuartigen Typ von Festkörpern. Topologische Isolatoren, sind Isolatoren im Volumen und haben eine lineare Energiedispersion an der Oberfläche.

Aufgrund dieser linearen Energiedispersion besitzen Ladungsträger an der Oberfläche dieser topologischen Isolatoren einzigartige Eigenschaften, wie zum Beispiel extrem hohe Beweglichkeiten und dissipationsloser Transport mit fester Spin-Ausrichtung, und diese Eigenschaften eröffnen die Möglichkeit der Entwicklung neuartiger elektronischer und spintronischer Bauelemente. Darüber hinaus bieten topologische Isolatoren die Möglichkeit bahnbrechende neue Phänomene, wie zum Beispiel die Detektion von Majorana-Fermionen oder magnetischen Monopolen, zu studieren [1].

Prominente Beispiele für topologische Isolatoren sind Bi2Te3, Bi2Se3 und Sb2Te3, sowie ihre (qua)ternären Legierungen und Heterostrukturen. Wir betreiben seit 2010 als eine der ersten Gruppen weltweit Molekularstrahlepitaxie (MBE) von topologischen Isolatoren. Seitdem haben wir diverse wissenschaftliche Erfolge erzielt, wie zum Beispiel das einkristalline Wachstum der TI-Schichten mittels MBE [2], die Detektion des Dirac-Kegels mittels ARPES-Messungen [3] und THz-Spektroskopie [4]. Zurzeit arbeiten wir an Supraleiter/TI-Übergängen in Hinblick auf die Detektion von Majorana-Fermionen, sowie trivialer Isolator / TI-Quantentopfstrukturen in Hinblick auf den Einfluss eines umgebenden trivialen Isolators auf die TI-Oberflächenzustände.

Die Aktivitäten sind eingebunden in das Virtuelle Institut für Topologische Isolatoren.

MBE für topoligische InsolatorenMolekularstrahlepitaxie für topoligische Insolatoren

Referenzen

[1] D. Hsieh et al., Nature 452, 970 (2008).
[2] J. Krumrain et al., J. Crystal Growth 324, 115 (2011)
[3] M. Eschbach et al., Nature Communications 6, 8816 (2015)
[4] P. Olbrich et al., Phys. Rev. Lett. 113, 096601 (2014)


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