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SFB 1277:  Emergente relativistische Effekte in der Kondensierten Materie: Von grundlegenden Aspekten zu elektronischer Funktionalität

Fachliche Zuordnung Physik
Förderung Förderung seit 2017
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 314695032
 
Der weltweite Fortschritt in Quantentechnologien und elektronischen Nanostrukturen treibt die Grundlagenforschung an elektronischen Materialien mit erweiterten Funktionalitäten voran. Zentrale Entwicklungen beruhen auf der Kontrolle des Elektronenspins – einer intrinsischen quantenmechanischen Eigenschaft, verantwortlich für Magnetismus, Supraleitung, Spintronik und potenziell Qubits. Die elektrische Spinkontrolle, entscheidend für die Integration in konventionelle Elektronik, wird durch relativistische Spin-Bahn-Kopplung ermöglicht. Diese steht im Zentrum moderner Festkörperphysik und führt zu neuartigen topologischen Phasen und Transportphänomenen. Neben dem Spin gewinnen auch orbitale Freiheitsgrade zunehmend an Bedeutung. Pseudospin, verknüpft mit atomaren Orbitalen an Gitterplätzen, und Valley-Freiheitsgrade, assoziiert mit speziellen Impulszuständen, sind heute zur Realisierung relativistischer Effekte steuerbar. Der SFB 1277 untersucht solche emergenten relativistischen Effekte in der Kondensierten Materie im engen Zusammenspiel von Experiment und Theorie. Ziel ist es, vielversprechende Materialsysteme zu erforschen, um neue Phänomene zu entdecken, die unser fundamentales Verständnis relativistischer Effekte in Festkörpern vertiefen und neue Funktionalitäten eröffnen. Zentrale Materialien sind Graphen, topologische Isolatoren und Übergangsmetall-Dichalkogenide. In der zweiten Förderperiode erzielte der SFB 1277 wesentliche Fortschritte bei der Erzeugung, Detektion und Analyse elektronischer Zustände, die faszinierende relativistische Effekte hervorbringen. Zu den Höhepunkten zählen die Kontrolle von Elektronen in topologischen Isolatoren durch starke elektrische Felder und die Aufzeichnung ihrer Impulse, der Einsatz ultraschneller Laserpulse mit nanoskaliger Ortsauflösung zur Untersuchung Spin-Bahn-gekoppelter Defektzustände in 2D-Materialien, sowie der Nachweis des supraleitenden Dioden-Effekts in Josephson-Kontakten. Aufbauend auf diesen Erfolgen schlagen wir ein zukunftsorientiertes Forschungsprogramm für die dritte Förderperiode vor. Während wir die erfolgreiche Forschung zu effektiven relativistischen Elektronen in Graphen und topologischen Isolatoren, sowie zu den Grundlagen der Spin-Bahn-Kopplung in Festkörpern wie Übergangsmetall-Dichalkogeniden, mit neuen, dem weltweiten Fortschritt angepassten, Fragestellungen fortführen, haben wir unsere Projektstruktur zusätzlich erweitert. Ein neues Forschungsfeld widmet sich gezielt den elektronischen Funktionalitäten, die durch Spin-Bahn-Kopplung ermöglicht werden – ganz im Sinne des SFB-Untertitels „Von grundlegenden Aspekten zur elektronischen Funktionalität.“ Der Fokus liegt auf der Untersuchung von Spin-Orbit-Torques in Ferro- und Antiferromagneten als Grundlage zukünftiger RAM-Speicher, spinbasierten relativistischen Phänomenen in Josephson-Netzwerken und supraleitenden Dioden, sowie Spin-Suprastrom-Kopplung in Quantenpunkten für Anwendungen in der Quanteninformatik.
DFG-Verfahren Sonderforschungsbereiche
Internationaler Bezug China, Israel

Laufende Projekte

Abgeschlossene Projekte

Antragstellende Institution Universität Regensburg
Sprecher Professor Dr. Jaroslav Fabian, seit 7/2023; Professor Dr. Klaus Richter, bis 6/2023
 
 

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