Dynamik niederenergetischer Quasiteilchen in dreidimensionalen Dirac-Materialien

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Dressel
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 286255266

Dreidimensionale topologische Halbmetalle sind derzeit im Fokus der Festkörperforschung. Innerhalb weniger Jahre wurden die verschiedenen elektronischen Phasen, welche in Volumenmaterialien beobachtet werden, immer vielfältiger: die einfachen Dirac- und Weyl-halbmetallischen Phasen sind ergänzt um solche mit Knotenlinien, Typ-II und mehrfach-topologische Halbmetalle, die oft keine direkte Analogie mehr zur Hochenergiephysik besitzen. Die Forschung an diesen neuartigen Phasen und verwandten Quantenphänomenen verknüpft einerseits in sehr fruchtbarer Weise unterschiedliche Zweige der theoretischen Physik. Andererseits gibt es vielversprechende Möglichkeiten und interessante Anwendungen topologischer Halbmetalle in der schnellen Optoelektronik und Spintronik, aber auch für elektronische Superlinsen und Katalysatoren. Beide Bereiche, die grundlegenden Fragestellungen und die möglichen Anwendungen, erfordern umfangreiche experimentelle Untersuchungen dieser neuartigen topologischen Phasen. Optische Untersuchungen im infraroten Spektralbereich und bei THz-Frequenzen sind allgemein als enorm wertvolle Methode anerkannt, um wichtige Information zur Dynamik der neuartigen exotischen Quasiteilchen zu erhalten, die man in diesen Phasen bei niedrigen Energien beobachtet. Im gerade abgeschlossenen Projekt haben wir sehr erfolgreich die optischen Eigenschaften von verschiedenen Dirac- und Weyl-Halbmetallen untersucht sowie von einigen anderen topologischen Materialien. Für die hier beantragte Fortsetzung wollen wir jüngst entdeckte topologische Halbmatalle anderer Familien erforschen und uns inbesondere die niederenergetischen Eigenschaften der auftauchenden Quasiteilchen ansehen. Hierbei geht es vor allem darum, 1) diejenigen charakteristischen optischen Eigenschaften des Typ-II Weyl-Zustandes zu finden, mit welchen wir zwischen Typ-I und Typ-II Halbmetallen unterscheiden können; 2) das chirale optische Verhalten zu beobachten, welches von den Elektronen herrührt, die in chiralen Bändern bei verschiedenen Energien liegen; 3) den Einfluss des Magnetfeldes auf die chiralen elektronischen Bänder zu untersuchen. Mit den hier vorgeschlagenen Experimenten wollen wir stichhaltige Argumente und einen unabhängigen Nachweis liefern, dass die vorgeschlagenen topologischen Zustände in den untersuchten Materialien verwirklicht sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Artem Pronin