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Georg-August-Universität Göttingen

Innen isolierend, außen leitfähig

Topologische Isolatoren sind neuartige Materialien, die in ihrem Innern isolierend, an der Oberfläche jedoch leitfähig sind. Dabei ist die leitfähige Oberfläche „topologisch“ geschützt und daher besonders stabil. Auf der Oberfläche des topologischen Isolators gibt es spezielle Zustände, deren Energie einen nahezu ungestörten Ladungstransport ermöglicht. Am I. Physikalischen Institut der Universität Göttingen werden im Rahmen eines Schwerpunktprogramms der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) jetzt zwei Forschungsprojekte zum Thema „Topologische Isolatoren: Materialien – Grundlagen – Anwendungen“ gefördert. Beide Projekte starten im Juli 2013 und werden über drei Jahre mit mehr als einer halben Million Euro durch die DFG unterstützt.

Im Projekt von Prof. Dr. Markus Münzenberg „Untersuchung von direktionalen Terahertz-Spinströmen in topologischen Oberflächenzuständen“ wird die Ultrakurzzeitdynamik der Elektronen an der Oberfläche untersucht. Prof. Münzenberg arbeitet dabei mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Fritz-Haber-Instituts Berlin und der Universität Gießen zusammen. Auf Zeitskalen von wenigen Femtosekunden – eine Femtosekunde entspricht dem millionsten Teil einer Milliardstelsekunde – untersucht die Gruppe die besonderen Eigenschaften der Materialien. Außerdem soll sie neue Techniken entwickeln, um diese Ströme im Terahertz-Frequenzbereich zu beobachten. Dies erlaubt Rückschlüsse auf die elementaren Anregungen in diesen Materialien.

Der Schwerpunkt des Projekts von Prof. Dr. Philipp Gegenwart „Topologische Phasen in Honigwaben Übergangsmetalloxiden“ liegt in der Probensynthese von neuen oxidischen Materialien, in denen die übliche Annahme wechselwirkungsfreier Elektronen zusammenbricht. Die starken Elektronenkorrelationen lassen neue magnetische Zustände mit Anwendungspotential für die Realisierung des Quantencomputers erwarten. Als Modellsystem wird ein Honigwabengitter synthetisiert, dessen physikalisches Verhalten in Abhängigkeit verschiedener chemischer Zusammensetzungen erforscht wird.

(Georg-August-Universität Göttingen, 01.07.2013 – KSA)

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