Korrelationen und Verunreinigungen in topologischen Isolatoren

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph Karrasch
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 193069739

Topologische Isolatoren unterscheiden sich grundlegend von gewöhnlichen nicht-leitenden Materialien: Neben einer Anregungslücke im Bulk besitzen sie (experimentell beobachtete) robuste metallische Oberflächenzustände, welche ihren Ursprung in top. Eigenschaften der Bulk-Wellenfunktionen haben. In den meisten theoretischen Beschreibungen topologischer Isolatoren wird die Wechselwirkung zwischen Elektronen nicht berücksichtigt. Fügt man diese dem Tight-Binding-Modell von Graphene (welches das einfachst mögliche Modell ist, um topologische Ordnung zu beschreiben) hinzu, so bekommt man ein Zweiband-Hubbard-Modell. Es ist nun aber wohlbekannt, dass dieses eine Vielzahl stark korrelierter Phasen besitzt (z.B. charakterisiert durch mag. Ordnung, Cooper-Instabilitäten oder Mott-Isolator-Verhalten). Das Bienenwabengitter wurde zwar in einigen Arbeiten studiert, aber es gibt dennoch bis heute kein vollständiges Bild, wie die unterschiedlichen (konventionellen) Ordnungsphänomene sich aus der top. Isolatorphase (welche in Abwesenheit von Wechselwirkungen auftritt) heraus entwickeln. Im ersten Teil meines Forschungsvorhabens möchte ich dies mit Hilfe der funktionalen Renormierungsgruppe untersuchen. Letztere erlaubt eine vorurteilsfreie Analyse der verschiedenen wettstreitenden Instabilitäten des Hubbard-Modells.Die Niedrigenergiephysik normaler Metalle ändert sich drastisch durch Zugabe nur weniger mag. Verunreinigungen. Ein einzelner Spin kann durch den sog. Kondoeffekt vollständig von den Leitungselektronen abgeschirmt werden. Die Oberfläche top. Isolatoren ist ein spiralförmiges Metall, aber es ist nicht offensichtlich, ob der Kondoeffekt auch hier auftreten kann. Als zweiten Teil meines Forschungsvorhabens möchte ich diese Frage mit Hilfe zweier komplementärer Methoden (der funktionalen- sowie der Realzeit-Renormierungsgruppe) untersuchen und insbesondere auch die Zeitentwicklung und die stationäre Konfiguration einer Zweikanal Quantenpunkt-Transportgeometrie studieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Dung-Hai Lee; Professor Joel Moore, Ph.D.