Rastertunnelmikroskop mit supraleitendem Magnet
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das im Rahmen dieser Förderung beschaffte Rastertunnelmikroskop mit supraleitendem Magneten und dem dazugehörigem, aus jeweils einer Präparations- und Analysekammer bestehendem Ultrahochvakuum-System wird im Wesentlichen für die Untersuchung Topologischer Isolatoren sowie für das Studium von Oberflächen benutzt, die aufgrund einer besonders starken Spin-Bahn Kopplung eine große Aufspaltung elektronsicher Oberflächenzustände aufweisen. Zu ersteren zählen insbesondere Volumenmaterialien wie z.B. Bi2Te3 oder Sb2Te3, deren Oberflächen in situ durch Spalten frisch erzeugt und dann in hohen Magnetfeldern untersucht werden. Hierbei hat sich die Kombination niedriger Temperaturen (bis hinab zu 1,3 K) bei gleichzeitig hohen Feldern (bis 12,5 T) als vorteilhaft für die Beobachtung von Quantisierungseffekten, wie etwa der Kondensation in Landau-Zustände, erwiesen. So konnte etwa für Sb2Te3 anhand des 0. Landau-Niveaus die Lage des Dirac-Punktes präzise bestimmt und die Existenz eines zweiten elektronischen Zustandes an der Oberfläche nachgewiesen werden, dessen Spin-Helizität entgegengesetzt zu der des topologischen Zustandes ist. Darüber hinaus zeigten Messungen an Vanadium-dotierten und damit ferromagnetischen Proben, dass die Einbringung magnetische Streuzentren im Gegensatz zu den Erwartungen nicht zur globalen Öffnung einer Energielücke an der Dirac-Energie führt. Vielmehr zeigen mit höchster Orts- und Energieauflösung erzielte Spektren stark an den Dotieratomen lokalisierte Resonanzen (Abklinglänge ca. 1 nm) in der Bandlücke des Wirtsmaterials. Schließlich wurden mit dem Gerät Messungen zur Magnetfeld-Abhängigkeit neu entdeckter Kantenzustände durchgeführt, wie sie an Stufenkanten topologisch kristalliner Isolatoren auftreten. Diese Arbeit, die kürzlich in Science erschienen ist , zeigten eine ungewöhnlich hohe Robustheit des Kantenzustandes, die auf die relativ große Bandlücke zurückgeführt wird.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Dual nature of magnetic dopants and competing trends in topological insulators. Nature Comm. 7, 12027 (2016)
P. Sessi, R. Biswas, T. Bathon, O. Storz, S. Wilfert, K. Kokh, O. Tereshchenko, K. Fauth, M. Bode, and A. Balatsky
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/ncomms12027) - Mapping the effect of defect-induced strain disorder on the Dirac states of topological insulators. Phys. Rev. B 94, 121301 (2016)
O. Storz, A. Cortijo, S. Wilfert, K.A. Kokh, O.E. Tereshchenko, M.A.H. Vozmediano, M. Bode, F. Guinea, and P. Sessi
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevB.94.121301) - Robust spin-polarized midgap states at step edges of topological crystalline insulators. Science 354, 1269 (2016)
P. Sessi, D. Di Sante, A. Szczerbakow, F. Glott, S. Wilfert, H. Schmidt, T. Bathon, P. Dziawa, M. Greiter, T. Neupert, G. Sangiovanni, T. Story, R. Thomale, and M. Bode
(Siehe online unter https://doi.org/10.1126/science.aah6233) - Scattering properties of the three-dimensional topological insulator Sb2Te3: Coexistence of topologically trivial and nontrivial surface states with opposite spin-momentum helicity. Phys. Rev. B 93, 035110 (2016)
P. Sessi, O. Storz, T. Bathon, S. Wilfert, K.A. Kokh, O.E. Tereshchenko, G. Bihlmayer, and M. Bode
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevB.93.035110)
