Abbildung fraktionierter Anregungen und deren Einfluss auf magnetische Wechselwirkungen in zweidimensionalen Quantenspinflüssigkeiten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Quantenspinflüssigkeiten sind eine spezielle Klasse von Spinsystemen, in denen konkurrierende Wechselwirkungen zu einer großen Entartung des Grundzustands führen - anstatt zu quasi-klassisch magnetisch geordneten Spins wie in den meisten Materialien. Diese Systeme haben verschiedenste exotische Eigenschaften, wie etwa das Auftreten fraktionalisierter Anregungen wie Spinonen oder Majorana-Quasiteilchen. Dies kann zu neuartigen Effekten führen, die in Spintronik- oder in Quanteninformationsanwendungen genutzt werden könnten. Wir haben vorgeschlagen, Rastertunnelmikroskopie-Experimente an zweidimensionalen Materialien durchzuführen, die sich als vielversprechende Kandidaten für einen Quantenspinflüssigkeits-Zustand erwiesen haben. Diese Untersuchungen werden voraussichtlich weitere Evidenz für einen Quantenspinflüssigkeitszustand in diesen Materialien liefern und sogar neue physikalische Effekte experimentell nachweisen, die noch nie zuvor beobachtet wurden, wie etwa die Vermittlung magnetischer Wechselwirkungen über fraktionalisierte Spinonen oder die Lokalisierung von Majorana-Quasiteilchen in 2D-Device- Heterostrukturen. Wie in meiner Vorhabensbeschreibung argumentiert, können diese Heterostrukturen bis heute nur von Prof. Crommie und seinen Kollaborateuren untersucht werden, da keine andere Gruppe das Problem der elektrischen Kontaktierung halbleitender 2D-Materialien für kryogene STM-Experimente gelöst hat. Weite Teile dieser vorgeschlagenen Experimente ist noch „work in progress“. Ganz konkret haben wir in einem neuen Labor in Prof. Crommies Gruppe die spinpolarisierte Rastertunnelmikroskopie implementiert, die eine Voraussetzung für die vorgeschlagenen Experimente ist. Darüber hinaus haben wir in diesem Labor erfolgreich mit der Untersuchung von 2D-Device-Heterostrukturen begonnen, wozu weltweit nur wenige Gruppen in der Lage sind. Dies ebnet den Weg für die vorgeschlagenen Untersuchungen von Quantenspinflüssigkeitsmaterialien, die in naher Zukunft von anderen Mitgliedern der Crommie-Gruppe durchgeführt werden.
