Topologische Signaturen im Transport von Elektronen

• Antragsteller: Dr. Eslam Khalaf, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 402840991

Die Untersuchung/Erforschung topologischer Phänomene und ihr Einfluss auf physikalische Eigenschaften ist eines der wissenschaftlichen Themen, welches in den letzten Jahrzehnten am intensivsten vorangetrieben wurde. Topologische Bandstrukturen, topologische Anregungen und topologische Defekte spielen eine äußerst wichtige Rolle im Verständnis verblüffender experimenteller Entdeckungen in einer vielfältigen Klasse physikalischer Systeme. Darüber hinaus bietet sich damit ein neues Feld für die Nutzung quantenmechanischer Eigenschaften von Elektronen mit einer große Bandbreite an potentiellen Anwendungen, darunter Quantencomputer und Spintronik-Bauteile. Die herausragendsten experimentellen Signaturen topologischer Phasen finden sich in Elektronen-Transportexperimenten, welche den Schwerpunkt der hier vorgestellten Projekte bilden. Das erste Projekt beschäftigt sich mit dem Transport in Materialien, die Bandberührungspunkte mit linearer Dispersion – genannt Weyl-Knoten – besitzen. Diese stellen topologische Defekte in der Bandstruktur dar, die nur aufgehoben werden können, wenn sie zusammengebracht werden. Das Vorhandensein von Weyl-Knoten führt bei Anwesenheit eines Magnetfeldes zu einer signifikanten Abnahme der Leitfähigkeit in Richtung des angelegten Feldes. Unser Ziel ist es, den Einfluss von Unordnung auf diesen Effekt zu studieren. Das zweite Projekt untersucht den potenziellen Zusammenhang zwischen ungewöhnlichem Transport, der in einer Klasse von Materialien mit helimagnetischer Spinordnung beobachtet wurde, z. B. MnSi, und der jüngeren Messung von topologischen Defekten in der Spinstruktur dieser Materialien. Das dritte Projekt widmet sich Transport-Eigenschaften eines 2-dimensionalen Elektronengases in einem starken Magnetfeld, bei dem das niedrigste Landau-Niveau halb gefüllt ist. Es ist seit einiger Zeit bekannt, dass das Verhalten der Elektronen in diesem System durch zusammengesetzte Objekte – die Kombination eines Elektrons mit zwei Fluxquanten – beschrieben werden kann. In einem neueren Vorschlag wurde vermutet, dass diese kombinierten Objekte selbst Dirac-Teilchen darstellen. Unser Hauptziel in diesem Projekt ist es, mögliche Transport-Signaturen solcher Teilchen herauszuarbeiten und zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Ashvin Vishwanath