Elektronische Struktur neuartiger magnetischer topologischer Materialien

• Antragsteller: Dr. Fabian Göhler
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556350547

Die revolutionären Eigenschaften neuartiger feststofflicher Quantenmaterialien beruhen auf verschiedenen Ausprägungen stark korrelierter Elektronensysteme, darunter z.B. Bandtopologie und Magnetismus. Die Kombination dieser beiden letztgenannten Faktoren könnte – vorausgesetzt, die magnetische Ordnung bleibt bei technologisch relevanten Temperaturen aufrechterhalten – die technische Anwendung des anomalen Quanten-Hall-Effekts (QAHE) ermöglichen. Materialien, die in sich Ferro- oder Antiferromagnetismus mit einer nicht-trivialen Bandtopologie kombinieren, sind daher in dieser Hinsicht sehr vielversprechend. Kürzlich konnte mit MnBi2Te4 der erste intrinsisch magnetische topologische Isolator synthetisiert werden, was weitere Forschungsbemühungen in dieser Materialklasse motiviert hat. Im Rahmen dieses Projekts werden wir eine Reihe neuer Kandidaten für intrinsisch magnetische topologische Materialien untersuchen, nämlich überstöiometrisches Mn1+xSb2-xTe4 – welches eine rekordverdächtige Curie-Temperatur von 73 K aufweist – und die und die neue Verbindung Mn2+x(Ge, Sb)Te4, deren elektronische und magnetische Struktur bisher noch nicht bekannt ist. Ziel des Projekts ist eine umfassende Analyse ihrer jeweiligen elektronischen Struktur mit Hilfe fortschrittlicher Photoemissionsverfahren wie winkelaufgelöster Photoelektronenspektroskopie mit weichen Röntgenstrahlen (SX-ARPES), Spin-aufgelöstem ARPES und Spin-gefilterter Photoelektronenimpulsmikroskopie. Damit werden die elektronischen Eigenschaften dieser Materialien sowohl in Volumenkristall als auch an der Oberfläche ermittelt, und es wird festgestellt, wie sie sich diese beim Vorhandensein oder Fehlen einer magnetischen Ordnung verändern. Ein wichtiger Aspekt für potenzielle Anwendungen von neuen Materialien sind Inhomogenitäten. Durch die Kombination von Mikroskopie sowohl im Real- als auch im Impulsraum werden wir auch die Auswirkungen der lokalen Oberflächenstruktur, wie z. B. Oberflächenterminierung und Defekte, untersuchen. Darüber hinaus werden wir die topologische Natur dieser Materialien bestimmen. Das wichtigste Merkmal einer nicht-trivialen Bandtopologie ist ein geschützter, Spin-polarisierter elektronischer Oberflächenzustand, welcher durch Spin-ARPES experimentell zugänglich ist.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Norwegen
• Gastgeber: Dr. Hendrik Bentmann