Topologische Isolatoren durchlaufen Optimierung
Nun steht eine neue Klasse von Materialien bereit, um die Systeme kondensierter Materie im Sturm zu erobern. TI verhalten sich im Inneren als Isolatoren, während sie an ihrer Oberfläche Durchlassströme bilden, was neuartige Zustände der elektronischen Materie hervorruft. Die EU-Finanzierung des Projekts "Topological effects in matter with strong spin-orbit coupling" (TEMSSOC) machte es den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern möglich, neue Wege zum Erschaffen, Manipulieren und Sondieren topologischer Phasen von Systemen aus kondensierter Materie zu finden. Ein Teil der Forschung war auf den Einsatz von Licht gerichtet, das normale Isolatoren in einen topologischen Zustand bringen soll. Die Wissenschaftler nutzten Graphen zur Beschreibung zweidimensionaler TI, da sich die Physik in vielem gleicht. Seine Spin-Bahn-Kopplung lässt einen neuartigen Zustand der elektronischen Materie entstehen, den Quanten-Spin-Hall-Zustand, der durch leitende Zustände gekennzeichnet ist, die um eine Masse kreisen. In Gegenwart starker mechanischer Belastungen wurden neue topologische Phasen vorhergesagt. Neben der Erforschung der topologischen Phasen widmete sich die Arbeit gleichermaßen der Entwicklung neuer Plattformen zur TI-Fertigung. Zu diesem Zweck setzten die Projektmitglieder vorbelastetes Graphen mit starken pseudomagnetischen Feldern ein, um fraktionierte TI zu erschaffen. Außerdem untersuchten sie TI-Oberflächentransporteigenschaften bei vorhandener stark verworfener Deformation ihrer Fermi-Fläche. Dieser Fakt war mit Ausnahme der Verbindungen auf Basis von Wismut stark von der hexagonalen Amplitude der Verdrehung abhängig. Man verwendete Terahertz-Photonen zur Erforschung von Helixstruktur und -robustheit an den Kanten. Bei Anregung an zirkular polarisierten Photonen übernahm der Elektronen-Spin die Spin-Orientierung, die durch das rechts- oder linkszirkular polarisierte Licht erzwungen wird. Das bedeutet letztlich, dass der Spin je nach angewandtem Licht systematisch manipuliert werden könnte. Es ergaben sich außerdem wichtige Informationen, wie Ströme in TI induziert werden können. Ein weiterer Weg zur Erkundung von Kantenmodi war die Erzeugung einer abstimmbaren Rückstreuung durch Kombination eines äußeren Magnetfelds und einer Rashba-Spin-Bahn-Kopplung, gesteuert von einem lokalen Gate. TEMSSOC sollte die TI-Forschung in der EU voranbringen, da diese Verbindungen bislang her vor allem in den Vereinigten Staaten untersucht worden sind. Die Projektergebnisse werden neben den Systemen aus kondensierter Materie auch für die Hochenergie- und Kernphysik von Nutzen sein.
Schlüsselbegriffe
topologischer Isolator, Computerarbeiten, Rechner, Systeme aus kondensierter Materie, Spin-Bahn-Kopplung, Graphen, mechanische Belastung, abstimmbare Rückstreuung
