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15.10.2013

Neuer DFG-Schwerpunkt "Topologische Isolatoren"

Am 8. Oktober 2013 fand in Frankfurt das Kickoff meeting des DFG-Schwerpunkts "Topological Insulators: Materials - Fundamental Properties - Devices" (SPP 1666) statt. Die Marburger Oberflächenphysik (Prof. Dr. Ulrich Höfer) ist eine von 35 Gruppen in Deutschland, die an diesem neu eingerichteten Forschungsschwerpunkt beteiligt ist.

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Schematische Darstellung eines 2PPE-Experimentes: Der erste Laserimpuls (rot) regt Elektronen aus dem Valenzband (orange) in den unbesetzten Teil des topologisch geschützten Oberflächenzustands (grau) an. Nach Photoemission mit einem zweiten Laserimpuls (blau) können sowohl die kinetische Energie, als auch die Richtung des Elektrons detektiert werden und damit Informationen über die Bandstruktur und Dynamik der Zustände gewonnen werden.

Die neue Materialklasse der topologischen Isolatoren wurde erst kürzlich entdeckt. Topologische Isolatoren sind nur in ihrem Inneren Isolatoren. An ihrer Oberfläche weisen sie topologisch geschützte Zustände auf, die ihnen dort zu elektrischer Leitfähigkeit verhelfen. Diese Oberflächenzustände zeichnen sich durch eine Reihe von bemerkenswerten Eigenschaften aus. Eine davon ist der richtungsabhängige Spinzustand, welcher die Streuung der Elektronen stark behindert.

Eine andere auffallende Eigenschaft ist die lineare Dispersion der Zustände, deren Struktur deshalb als Dirac Cone bezeichnet wird. Unter linearer Dispersion versteht man die Eigenschaft, dass die Energie der Elektronen nicht quadratisch von ihrer Geschwindigkeit abhängt, sondern linear mit ihr zunimmt, wie dies sonst für relativistische Elektronen charakteristisch ist, welche durch die Dirac-Gleichung beschrieben werden. In topologischen Isolatoren, wie auch in Graphen, ist die Ursache für die lineare Dispersion aber nicht die hohe Geschwindigkeit, mit der sich die Elektronen parallel zur Oberfläche bewegen, sondern die speziellen Bindungsverhältnisse an der Oberfläche.

Die Arbeitsgruppe Oberflächenphysik wird im Rahmen dieses Schwerpunkts grundlegende Untersuchungen zur Ladungsträgerdynamik in den topologisch geschützten Zuständen durchführen. Die dabei verwendete Technik der zeit- und winkelaufgelösten Zwei-Photonen-Photoemission (2PPE) verwendet ultrakurze Laserimpulse, um die Energie- und Impulsverteilung optisch angeregter Elektronen mit hoher Zeitauflösung zu verfolgen.

Kontakt

Professor Dr. Ulrich Höfer
Fachbereich Physik und Zentrum für Materialwissenschaften
Philipps-Universität Marburg
Renthof 5
35032 Marburg

Tel.: +49 6421 28-24215, -24216 (Sekretariat)
E-Mail

Zuletzt aktualisiert: 24.02.2015 · armbrusn

 
 
 
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Tel. +49 6421/28-24216, Fax +49 6421/28-24218, E-Mail: Irene.Dippel@physik.uni-marburg.de

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