Künstliche Kristalle: bedarfsgenaue topologische Ordnung herbeiführen.

• Antragsteller: Dr. Carmine Ortix
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276476674

Topologische Isolatoren sind neuartige Materiezustände, welche großes Potenzial für den Einsatz in Transistoren, Speichergeräten und magnetischen Sensoren bergen, vor allem aufgrund hoher Energieeffizienz und eines geringeren Stromverbrauchs. Sie stellen unser bisheriges Verständnis von Leitern und Nichtleitern auf fundamentaler Ebene in Frage. In der Tat verhalten sich topologische Isolatoren gleichzeitig wie Leiter und Nichtleiter, denn ihr Inneres verbietet den Fluss elektrischer Ladungen ganz im Gegensatz zu ihrer Oberfläche, auf der dies möglich ist. Die damit verbundene Bewegung der Oberflächenladungen ist darüber hinaus geschützt gegen Streuungen, welche die Elektronen von ihrer Trajektorie abbringen würden, was letztendlich in Energieverlust und damit Stromverbrauch resultieren würde. Die Natur bietet uns eine große Zahl konventioneller Isolatoren und elektrischer Leiter. Allerdings konnten bisher nur wenige Materialien sicher als topologische Isolatoren identifiziert werden, was die Ausnutzung dieser neuartigen Materiezustände für elektronische Bauelemente der nächsten Generation erheblich erschwert. Ziel dieses Projekts ist es daher zu demonstrieren, dass toplogische Zustände prinzipiell auf Knopfdruck in künstlich-hergestellten kristallinen Superstrukturen, welche aus konventionellen Grundbausteinen aufgebaut sind, erzeugt werden können. Die Machbarkeit dieses Konzepts wird dabei theoretisch erforscht werden durch die Untersuchung topologischer Phasenübergänge in Graphen und halbleitenden Dünnfilm-Übergittern, welche mit modernster Nanotechnologie als auch in ultrakalten atomaren Gasen in eindimensionalen optischen Übergittern hergestellt werden können. Unsere Forschung wird auf der einen Seite einen wichtigen Fortschritt für das fundamentale Verständnis topologischer Materiezustände bedeuten. Auf der anderen Seite wird unser Konzept den Weg bereiten für eine neue Generation vielfältigster Platformen topologischer Elektronik nach dem Bottom-Up-Prinzip.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Gastgeberin: Professorin Dr. Cristiane de Morais Smith