SFB 1170:
Topologische und korrelierte Elektronik in Ober- und Grenzflächen ("ToCoTronics")
Fachliche Zuordnung
Physik
Förderung
Förderung seit 2015
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258499086
Der SFB 1170 "Topologische und korrelierte Elektronik an Oberflächen und Grenzflächen" zielt darauf ab, zwei der aktivsten Gebiete der modernen Festkörperphysik zu kombinieren: topologische Phasen der Materie und starke elektronische Korrelationen. In den letzten Jahren hat sich die Kombination der beiden Gebiete, insbesondere die emergente Physik, die auf die Kombination von Spin-Bahn-Kopplung und starker elektronischer Korrelationen zurückzuführen ist, in spannende Richtungen entwickelt.In den vergangenen Förderperioden haben wir wichtige wissenschaftliche Durchbrüche erzielt. Wichtige Beispiele dafür sind: Messung eines 4pi-periodischen Josephson-Superstroms in topologischen Josephson-Kontakten, Identifizierung von spinpolarisierten Midgap-Zuständen im topologischen kristallinen Isolator (Pb,Sn)Se, Entdeckung von Bismuthen als neues Quanten-Spin-Hall-Material, Entdeckung des antiferromagnetischen topologischen Isolators MnBi2Te4, Entdeckung von Indenen als neuartigen topologischen Isolator, Identifizierung von wechselwirkenden helikalen Randzuständen in zwei komplementären Materialien (Bi und HgTe) und Vorhersage von korrelierten Kagome-Materialien. Diese und andere Errungenschaften unserer Wissenschaftler bilden die ideale Grundlage für weitere Forschungsentwicklungen in den drei Projektbereichen: (A) Topologische Isolatoren; (B) Hybride Systeme und topologische Supraleitung; (C) Spin-Orbit-Kopplung in korrelierten Elektronensystemen. In der dritten Förderperiode möchten wir die folgenden Forschungsfragen bearbeiten. Erstens wollen wir sowohl neue Phänomene als auch Bauelemente mit etablierten topologischen Materialien (wie HgTe) erforschen. Zweitens planen wir, neue topologische Materialien von hoher Qualität zu entwerfen und zu synthetisieren (wie MnBi2Te4 oder elementare atomare Monoschichten). Drittens nehmen wir die Untersuchung von Kagome-Metallen/Supraleitern in unser Forschungsprogramm auf. Spektroskopisch wollen wir besondere Ladungs-, Spin- und Orbitaleigenschaften der Grenzzustände der topologischen Materie untersuchen. Was den elektronischen Transport und Wärmetransport betrifft, so wollen wir die limitierenden Streuungsmechanismen verstehen. Supraleiter-Hybridstrukturen spielen eine wichtige Rolle bei den Forschungszielen der dritten Förderperiode. Der Schwerpunkt liegt auf einer gründlichen Untersuchung der topologischen Supraleitung, insbesondere der gebundenen Zustände wie Andreev-Zustände, Yu-Shiba-Rusinov-Zustände und Majorana-Nullmoden. Darüber hinaus planen wir die Vorhersage und Entwicklung stark korrelierter topologischer Systeme, zum Beispiel auf der Grundlage von Kagome-Metallen oder komplexen Oxiden. Aus der Perspektive der Grundlagenphysik wollen wir das Zusammenspiel von Vielteilchenphysik und Topologie besser verstehen. Aus angewandter Sicht zielen wir auf die Vorhersage und Realisierung innovativer Bauelementekonzepte für topologische Materie ab, zum Beispiel im Zusammenhang mit Spintronik und Quantencomputing.
DFG-Verfahren
Sonderforschungsbereiche
Internationaler Bezug
Norwegen
Laufende Projekte
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A01 - Einfluss von Symmetrie und Korrelationseffekten in der elektronischen Struktur epitaktischer topologischer Isolatoren
(Teilprojektleiter
Bentmann, Hendrik
;
Reinert, Friedrich
)
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A02 - Spinaufgelöste und Transporteigenschaften reiner und dotierter topologischer Materialien
(Teilprojektleiter
Bode, Matthias
;
Leisegang, Markus
)
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A03 - Transport-Phänomene in topologischen Isolatoren
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Borzenko, Tatiana
;
Buhmann, Hartmut
;
Kleinlein, Johannes
)
-
A04 - Wachstum von HgTe topologischen Isolatoren, Weyl- und Dirac-Halbmetallen
(Teilprojektleiter
Brüne, Christoph
;
Buhmann, Hartmut
;
Molenkamp, Laurens W.
)
-
A06 - Wechselspiel zwischen Symmetrien und Störstellen in topologischen Materialien
(Teilprojektleiterin
Hankiewicz, Ewelina M.
)
-
A07 - Niederenergie-Spektroskopie von magnetischen und nichtmagnetischen topologischen Isolatoren und Halbmetallen auf HgTe-Basis
(Teilprojektleiter
Kießling, Tobias
;
Molenkamp, Laurens W.
)
-
A08 - Elektronenspektroskopie an topologischen Isolatoren: Monoschichten mit dreieckigen Atomen
(Teilprojektleiter
Claessen, Ralph
;
Moser, Simon
;
Schäfer, Jörg
)
-
A09 - Transporteigenschaften von Diracmaterialien
(Teilprojektleiter
Trauzettel, Björn
)
-
A10 - Bismuthen und verwandte Systeme: eine neue Klasse von 2D topologischen Isolatoren
(Teilprojektleiter
Claessen, Ralph
;
Schäfer, Jörg
)
-
B01 - Epitaxie und Magnetotransportuntersuchungen von Heterostrukturen mit topologischen Isolatoren basierend auf V-VI Verbindungen
(Teilprojektleiter
Brunner, Karl
;
Gould, Charles
;
Kamp, Martin
)
-
B02 - Topologische Supraleitung in topologischen HgTe-Materialien
(Teilprojektleiter
Gould, Charles
;
Molenkamp, Laurens W.
;
Stehno, Martin
)
-
B03 - Nachweis und Manipulation topologischer und unkonventioneller Supraleitung in neuartigen Materialien
(Teilprojektleiterin
Hankiewicz, Ewelina M.
)
-
B04 - Niederenergetische effektive Theorien für stark korrelierte Spin-Orbit gekoppelte Elektronsystems in einer und zwei Raumdimensionen
(Teilprojektleiter
Greiter, Martin
;
Thomale, Ronny
)
-
B05 - Hybridstrukturen zwischen Supraleitern und topologischen Systemen
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Kornich, Viktoriia
;
Trauzettel, Björn
)
-
B06 - Elektronische Vielteilcheninstabilitäten und Topologie auf hexagonalen Gittern
(Teilprojektleiter
Di Sante, Domenico
;
Thomale, Ronny
)
-
B07 - Spin- und Orbitaltexturen in Kagome-Supraleitern
(Teilprojektleiter
Reinert, Friedrich
;
Ünzelmann, Maximilian
)
-
C02 - Ultrahochauflösende Oberflächenstudien an topologischen Supraleitern
(Teilprojektleiter
Bode, Matthias
;
Odobesko, Artem
)
-
C05 - Topologische Zustände in Materialien mit stark verschränkten Spin-, Orbital- und Ladungsfreiheitsgraden
(Teilprojektleiter
Sangiovanni, Giorgio
)
-
C07 - Symmetriegeschützte nodale Phasen korrelierter Elektronen
(Teilprojektleiter
Sangiovanni, Giorgio
;
Trauzettel, Björn
)
-
C08 - Spin-Bahn Kopplung und Korrelationen in Oxiden
(Teilprojektleiter
Claessen, Ralph
;
Sing, Michael
)
-
C09 - Hydrodynamik und Eichtheorie/Gravitation-Dualismus für Elektronen in Festkörpern
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Erdmenger, Johanna
;
Meyer, René
)
-
C10 - Das Dirac-Halbmetall RuO2: Von der Topologie zur Funktionalität
(Teilprojektleiter
Moser, Simon
)
-
IRTG - Integriertes Graduiertenkolleg
(Teilprojektleiter
Bode, Matthias
;
Hinkov, Vladimir
;
Reinert, Friedrich
;
Thomale, Ronny
)
-
Z01 - Zentrale Koordination und Administration
(Teilprojektleiter
Claessen, Ralph
;
Trauzettel, Björn
)
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Z03 - Tragfähige Softwareentwicklung und Optimierungen für moderne Hochleistungs- rechensysteme
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Assaad, Fakher Fakhry
;
Hankiewicz, Ewelina M.
)
Abgeschlossene Projekte
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A05 - Technologie und Untersuchungen der topologisch kristallinen Isolatoren
(Teilprojektleiter
Brunner, Karl
)
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C01 - Numerische Simulation topologischer und exotischer Phasen von Quantenmaterie
(Teilprojektleiter
Assaad, Fakher Fakhry
;
Hohenadler, Martin
)
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C03 - Wechselspiel zwischen Korrelation und Spin-Bahn-Kopplung in 1D und 2D Oberflächensystemen
(Teilprojektleiter
Claessen, Ralph
;
Schäfer, Jörg
)
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C04 - Resonante Röntgenabsorption und -streuung an topologischen Isolatoren basierend auf Halbleiter- und Oxid-Heterostrukturen
(Teilprojektleiter
Hinkov, Vladimir
;
Zabolotnyy, Volodymyr
)
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C06 - Topologische Phasen in Schwere-Fermionen-Isolatoren und -Halbmetallen, sowie die Be-deutung von Zeitumkehr- und Inversionssymmetrie
(Teilprojektleiter
Hinkov, Vladimir
;
Reinert, Friedrich
)
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Z02 - Fortschrittliche Charakterisierung und Herstellung im Nanometerbereich
(Teilprojektleiter
Bode, Matthias
;
Kamp, Martin
;
Kleinlein, Johannes
)