Spin Streuung topologisch geschützter Elektronen an Defekten

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Phivos Mavropoulos
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 237702727

Das Forschungsgebiet der Topologischen Isolatoren (TI) ist im steten Wachstum, vorwiegend in zwei Richtungen: zum einen die Entdeckung neuer Materialien in denen neue topologische Konzepte, z. B. Weyl-Semimetalle, umgesetzt werden und zum anderen die Anwendungen in bereits bekannten und untersuchten Materialien. Dieser Antrag beschäftigt sich mit dem Letzteren, wobei der Schwerpunkt auf Transportphänomenen und Spin-Ladungsumwandlung gesetzt wird. Konkret heißt das, dass der Edelstein (magnetoelektrische) Effekt, Spin-Bahn Drehmomente, Spin-Pumpen, der anomale Hall Effekt und Potentiometrie auf topologischen Isolatoren näher untersucht werden soll. Transportphänomene stehen immer auch in direkter Verbindung mit Verlusten durch Dämpfung und Dekohärenzeffekte. Ein allgegenwärtiger Grund für solche Verluste im Ladungs- und Spintransport ist die Streuung an Defekten, z.B. an Fremdatomen im Kristall. Unsere Erfahrungen auf dem Gebiet der Streuung an Defekten aus der ersten Förderungsperiode werden wir hier anwenden können.Unsere Funde im Bereich des Fokussierungseffektes in Bi2Te3, der Ermöglichung von Rückstreuung durch Fermiflächenkonzentrierung oder die Veränderung von Streueigenschaften durch eine Änderung der Fermifläche aufgrund von Dotierung zeigen die Reichhaltigkeit und das Potential für innovative Anwendungen sowie der Kontrolle der Transporteigenschaften in topologischen Isolatoren. Durch Boltzmann-artige Gleichungen, in denen die ab-initio Berechnung von Streuamplituden und Bandstruktur des Festkörpers eingehen, werden wir systematisch potentielle Anwendungen beleuchten und so dem Experiment Hinweise und Orientierungen geben können. Die gewonnene Erfahrung der Vergangenheit zeigt, dass die prominentesten topologischen Isolatoren, Bi2Te3 und Bi2Se3, sehr gut durch Dichtefunktionaltheorie beschrieben werden können. Deshalb sind wir sehr von der Richtigkeit unserer Methoden und der Relevanz unserer Daten überzeugt. Gleichzeitig werden wir weiterhin das Herz unserer Rechnungen, d.h. die Berechnung der Streuamplituden, auf den Prüfstand stellen und mit den Informationen gewonnen aus Quasteilcheninterferenz und Potentiometrie unserer Kollegen aus dem experimentellen Bereich (P. Sessi/M. Bode, Y. Ando, C. Bobisch, B. Voigtländer) vergleichen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1666: Topologische Isolatoren: Materialien - grundlegende Eigenschaften - Strukturen für Bauelemente
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Stefan Blügel