Oxidische topologische Isolator-Dünnfilme - Darstellung und elektronische Eigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Lorenz
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 203060984

Kürzlich theoretisch vorhergesagte oxidische Verbindungen mit topologischen Isolator-Eigenschaften sollen als epitaktische dünne Filme dargestellt und bezüglich der elektronischen Eigenschaften untersucht werden. Topologische Isolatoren haben im Volumen eine große Energiebandlücke. Bestimmte Materialien zeigen jedoch metallartige Oberflächenzustände hoher Leitfähigkeit, zum Beispiel binäre und ternäre Quecksilber-, Bismut- und Antimon-Verbindungen. Da diese „topologisch beschützten“ Zustände eine fixierte Spinausrichtung besitzen, ergeben sich ganz neue Anwendungsmöglichkeiten in der spinbasierten Elektronik. Gemäß aktuellen Vorhersagen sind nicht nur diese sauerstofffreien Verbindungsklassen topologische Isolatoren, sondern auch Oxide mit hexagonalen Atomanordnungen ähnlich der Korundstruktur, wie Na2IrO3. Andere 4d- und 5d- Verbindungen mit Os, Re, Ru, oder Rh mit starker Elektronenkorrelation und Spin-Bahn-Kopplung kommen ebenfalls in Betracht. Diese 4d- und 5d-Oxide werden hier mittels Pulsed Laser Deposition als flexible Nichtgleichgewichts-Züchtungsmethode dargestellt. Der Nachweis der Eigenschaften als topologischer Isolator soll mittels temperaturabhängigen Leitfähigkeitsmessungen und winkelaufgelöster Photoemission erfolgen. Bei dünnen Filmen können im Gegensatz zu Einkristallen die Eigenschaften zusätzlich durch gezielte Gitterverspannung beeinflusst werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen