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Projekt
Transporteigenschaften von doppellagigen topologischen Isolatoren
Antragsteller
Professor Dr. Björn Trauzettel
Fachliche Zuordnung
Theoretische Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung von 2013 bis 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 237750603
In zwei Raumdimensionen (2D) nennt man zeitumkehrinvariante topologische Isolatoren (TI) auch Quanten-Spin-Hall (QSH) Isolatoren. Diese Materialien zeichnen sich durch eine Bandlücke im Spektrum der Volumenzustände aus und entwickeln charakteristische (helikale) Randzustände in endlichen Systemen. Im Experiment lassen sich QSH Isolatoren beispielsweise in Hg(Cd)Te und in InAs/GaSb Quantentrögen realisieren. Interessanterweise kann das 2D Elektronengas (2DEG) in QSH Systemen in drei unterschiedlichen Phasen auftreten: (i) TI Regime; (ii) normales Bandisolator Regime; und (iii) Dirac Semimetall Regime, wo sich Leitungs- und Valenzband berühren.Darüber hinaus kann die Kombination zweier dieser Phasen zu ganz neuartiger Physik in doppellagigen Systemen führen. Grund dafür ist die Interaktion zwischen den Systemen, die z.B. durch das Tunneln von Elektronen oder durch Coulomb Wechselwirkung bestimmt wird. Dabei stellt sich die Frage, inwieweit die topologischen Phasen der Einzelsysteme durch die Kopplung beeinflusst werden. Es ist sogar möglich, dass ganz neue topologische Phasen entstehen, die erst durch die Wechselwirkung zwischen den Lagen generiert werden. Ein Beispiel dafür ist die Formation eines topologischen Exziton-Kondensats.In diesem Projekt sollen die Transporteigenschaften von doppellagigen Strukturen topologischer Isolatoren untersucht werden. Dabei möchten wir uns auf den interessanten Fall beschränken, in dem die Coulomb Wechselwirkung die einzige Kommunikation zwischen den Lagen darstellt. Ein Hauptaugenmerk dieser Forschung liegt in der Fragestellung, inwieweit der topologische Aspekt der Phasen der Konstituenten die Interlagen-Transporteigenschaften beeinflusst. Um dieser Frage nachzugehen, werden wir den Coulomb Drag untersuchen, das ist z.B. der Stromfluss durch Lage 2, wenn eine elektrische Spannung an Lage 1 angelegt wird. Je nach Phase der beiden QSH Systeme kann sich dieses Problem auf zwei gekoppelte 1D Systeme, zwei gekoppelte 2D Systeme oder sogar auf die Kopplung eines 1D Systems mit einem 2D System abbilden. Dieses reichhaltige Transportspektrum sollte es uns ermöglichen, das Zusammenspiel zwischen Coulomb Wechselwirkung und topologischen Phasen besser zu verstehen. Insbesondere möchten wir messbare Vorhersagen machen, die dieses Wechselspiel charakterisieren.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
