DFG-RSF: Einfluss von Topologie auf die Eigenschaften von Materialien mit geordnete elektronische Zuständen

• Antragsteller: Professor Dr. Jeroen van den Brink
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 310371528

Das werkstoffkundliche Problem neuer Materialien ist hochaktuell aufgrund der möglichen Auswirkungen auf die Umwelt und Einsparung natürlicher Ressourcen, im Zusammenhang mit erzielbaren Fortschritten in den Bereichen Telekommunikation und der Lebensqualität insgesamt. Obwohl die Hochtemperatur-supraleitenden (HTS)-Kuprate seit 30 Jahren erforscht werden, sind das Phasendiagramm und die Eigenschaften der geschichteten HTS-Materialien noch nicht verstanden, vor allem in der Nähe ihres quantenkritischen Punktes. Die Auswirkungen von Spin- und Bahnfluktuationen, magnetische und Ladungs-ordnung und Vielkörpereffekte (in der Nähe des topologischen Lifshitz -Übergangs) und die Topologie der Oberflächenzustände (dispersionslose Bänder, flat bands) sind weiterhin umstritten. Die Rolle der potenziell günstigen Faktoren für HTS muss natürlich für die gezielte Suche und die Synthese der HTS-Materialien aufgeklärt werden. Das aktuelle Projekt befasst sich mit der theoretischen Entwicklung und experimentellen Realisierung supraleitender Technik basierend auf Schichtmaterialien (sowohl auf Pniktiden und Dichalcogeniden basierend), die Untersuchung ihrer Eigenschaften in der Nähe von quantenkritischen Punkten (QCP), Klärung der Rolle des Wechselspiels zwischen magnetischer und Ladungs-Ordnung und supraleitender elektronischer Paarbildung. Die Hauptidee des Projektes zielt auf die Untersuchung und die Verwendung von Materialien mit flat bands, sowohl topologisch trivialen als auch nicht-trivialen. Diese führen zu einem vergrößerten Beitrag der Vielteilchen-Kondensationsenergie zur Bandlücke des Supraleiters, im ersten Fall aufgrund der Nähe zu einem Lifshitz Übergang, im zweiten Fall aufgrund der nicht-trivialen Topologie (Weyl -Halbmetall). Die dispersionslosen Bänder in den topologisch nicht-trivialen Materialien können durch Band-Designmethoden (hydrostatischer Druck, chemische und elektronische Dotierung) eingestellt werden. Die experimentellen und theoretischen Untersuchungen werden in diverse miteinander verbundenen Richtungen unternommen: (A) Verfeinerung der Theorie und Sammeln neuer experimenteller Daten über die Eigenschaften von Fe-HTS in der Nähe des topologischen Lifshitz Übergang und in der Nähe der erwarteten quanten-kritischen Punkte. (B) Untersuchung der neuen supraleitenden Übergangs-metalldichalcogenide, insbesondere mit topologisch nicht-trivialem Spektrum. (C) Design, Synthese und Untersuchungen der echten dreidimensionalen topologischen Isolatormaterialien als Modellsystem für Studien und Anwendung an topologisch geschützten Oberflächenzuständen. Die Materialien und Strukturen werden durch Festkörperverfahren synthetisiert, Kristallwachstum erfolgt aus der Schmelze und durch physikalischen Dampftransport und auch durch gepulste Laserabscheidungstechniken (PLD ). Die Forschung wird durch ein Team bestehend aus sich ergänzenden theoretischen Physikern und experimentellen Chemikern oder Physikern durchgeführt

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Science Foundation
• Kooperationspartner: Professor Dr. Grigori Volovik
• Mitverantwortlich: Dr. Dmitri Efremov