Engineering von Topologischen Spinzuständen in epitaktischen Alpha-Zinn-Lagen

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Jörg Schäfer
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 231119110

Dieses Projekt beschäftigt sich mit einem neuen Typ von Topologischem Isolator (TI), der bisher nur theoretisch vorgeschlagen wurde. Er besteht aus verspanntem alpha-Zinn das epitaktisch auf einem halbleitenden InSb-Substrat aufgewachsen wird. Die prinzipielle Machbarkeit dieses TI wurde kürzlich von unserer Arbeitsgruppe demonstriert. Der epitaktische Zugang eröffnet zahlreiche Perspektiven zum Studium der Eigenschaften des Dirac-Oberflächenzustandes, einschließlich verschiedener Oberflächenorientierungen des TI-Kristalls. Besonderes Interesse ruht auf der Evolution der Natur der Dirac-Bänder als Funktion der Schichtdicke. Die in situ Präparation erlaubt außerdem die Dekoration der Oberfläche mit einer zusätzlichen Deckschicht, speziell mit schweren oder magnetischen Atomen, welche die Spin-Bahn-Wechselwirkung an der TI-Grenzfläche ändern und die Eigenschaften des Dirac-Zustandes beeinflussen.Der experimentelle Zugang zur Aufklärung der elektronischen Eigenschaften basiert auf hochauflösender winkelaufgelöster Photoemission (ARPES). Dies erlaubt die Änderungen in der Banddispersion mit der Schichtdicke zu verfolgen, die von einem gekappten Rashba-artigen Zustand bis hin zum vollständig topologischen Regime mit einer Dirac-Bandkreuzung reichen. Das Ferminiveau des TI kann durch Dotierung präzise kontrolliert werden, was es erlaubt die Bandsituation und die Fermifläche sogar deutlich oberhalb des Dirac-Punktes zu verfolgen. Die Spintopologie wird unter Verwendung von spinaufgelöster ARPES adressiert, wodurch die Evolution mit der Dicke und unter dem Einfluss einer Oberflächendeckschicht aufgeklärt werden kann. Diese Studien werden außerdem ergänzt durch Kollaborationspartner im Bereich der Dichtefunktionaltheorie und der Vielteilchentheorie.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr. Ralph Claessen