SPP 1666/2: Magnetisch dotierte topologische Isolatoren: Vom Grundzustand zur Dynamik

Die Entdeckungen des Quanten-Spin-Hall-Effekts und der topologischen Isolatoren (TI) haben eine neue Materialklasse in zwei beziehungsweise drei Dimensionen begründet. Topologische Isolatoren sind nur in ihrem Inneren Isolatoren und weisen elektrisch leitende, topologisch geschützte Oberfl?chenzust?nde auf. Derzeit ist die Zahl der Materialien überschaubar, für die die elektronische Bandstruktur eines TI nachgewiesen wurde, und nur sehr wenige Systeme zeigen experimentell nachweisbare Oberfl?chenzust?nde, obwohl die Zahl der vorhergesagten TI-Materialien best?ndig steigt. Das Schwerpunktprogramm soll daher einen wesentlichen Fortschritt durch die Bearbeitung der folgenden Aufgabengebiete herbeiführen: (1) Verbesserung existierender TI-Materialien: Die momentan verfügbaren Materialien (Heterostrukturen von HgTe/Cd1-xHgxTe und Oberfl?chen von Bi1-xSbx, Bi2Te3, Bi2Se3, Sb2Te3, einschlie?lich ihrer tern?ren und quatern?ren Verbindungen) zeigen eine sehr kleine Bandlücke bzw. eine intrinsische Dotierung, die das Volumen in ein Metall überführt. Diese Materialien sollen verbessert werden, um Anwendungen bei Raumtemperatur unter Mitwirkung des ein- bzw. zweidimensionalen Oberfl?chenzustands zu erm?glichen. Hierzu sind Untersuchungen des Wachstums und der geometrischen und elektronischen Struktur erforderlich. (2) Grundlegende Eigenschaften und Bauelementstrukturen: Die grundlegenden Eigenschaften der TI führen zu vielen au?ergew?hnlichen elektronischen Merkmalen wie der verbotenen Rückstreuung. Deren Untersuchung ist wesentlich, um Bauelementstrukturen und Messtechniken, insbesondere für spinabh?ngige Transportph?nomene, zu entwickeln, die in zukünftigen elektronischen Bauteilen verwendet werden k?nnen. (3) Neue Materialien und Konzepte: Neue Materialien (z.B. Heusler-Verbindungen, Oxide) k?nnen die Beschr?nkungen gegenw?rtig bekannter TI-Materialien überwinden helfen sowie weitere neue Eigenschaften mit sich bringen. Innovative Konzepte, beispielsweise zum Nachweis von Majorana-Fermionen mittels TI, sollen entwickelt werden. Das Schwerpunktprogramm führt die deutschen Forschergruppen auf dem Gebiet der zwei- und dreidimensionalen TI zusammen, insbesondere experimentell und theoretisch arbeitende Gruppen.