Ultraschnelle Ladungsträgerdynamik in topologischen Isolatoren

• Antragsteller: Professor Dr. Ulrich Höfer
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 237740383

Das Thema des Projektes ist die Untersuchung der ultraschnellen Dynamik optischer angeregter Elektronen an der Oberfläche von dreidimensionalen topologischen Isolatoren mit Hilfe der zeit- und winkelaufgelösten Zweiphotonen-Photoemission (2PPE). Mit den Experimenten sollen die verschiedenen Zerfallskanäle der angeregten Elektronen im topologischen Oberflächenzustand iden¬tifiziert und quantifiziert werden. Unser Ziel ist das detaillierte Verständnis der Mechanismen der Ladungsträgerdynamik und des Ladungstransports an der Oberfläche dieser neuartigen Materialien. Konkret soll dazu die Lebensdauer der angeregten Elektronen für den inelastischen Zerfall entlang des Oberflächenbandes in verschiedenen topologischen Isolatoren mit der 2PPE bestimmt werden. Zur Beobachtung quasi-elastischer Streuprozesse an Phononen und Defekten soll mit der 2PPE direkt im Impulsraum der Zerfall gerichteter Oberflächenströme untersucht werden. Hierfür werden ultrakurze Stromimpulse im Oberflächenzustand mit Hilfe eines neu entwickelten optischen Anregungsschemas erzeugt, welches Femtosekundenlaserpulsen im mittleren Infrarot verwendet. Dieses Anregungsschema soll als Basis für eine kohärente Kontrolle spin-polarisierten Photoströmen in topologischen Oberflächenzuständen dienen. Die Untersuchungen sollen vornehmlich an p-dotierten, einkristallinen topologischen Isolatoren vorgenommen werden. Um den Einfluss der Dotierung auf die unterschiedlichen Zerfallskanäle aufzuklären, sollen neben Volumenkristallen verschiedener Stöchiometrie auch epitaktisch gewachsene, dünne Filme untersucht werden, bei denen die Dotierung während des Wachstums kontrolliert geändert werden kann.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1666: Topologische Isolatoren: Materialien - grundlegende Eigenschaften - Strukturen für Bauelemente
• Mitverantwortlich: Privatdozent Dr. Jens Güdde