DFG-Projekt zur Untersuchung topologischer Isolatoren gestartet

Sie gelten als die neuen Stars unter den Materialien: Topologische Isolatoren wurden erst vor wenigen Jahren entdeckt und bilden mit ihren ungewöhnlichen, elektronischen Eigenschaften eine ganz neue Materialklasse. Den Ladungstransport an ihrer Oberfläche wollen Forscher der Universität Duisburg-Essen in einem kürzlich gestarteten Projekt nun genauer analysieren. Das Vorhaben "Untersuchung des lokalen elektrochemischen Potentials an der Oberfläche eines stromtragenden topologischen Isolators" wird mit 190.000 Euro für 2 Jahre von der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstützt.

Die herausragende Eigenschaft von Topologischen Isolatoren besteht darin, im Inneren elektrisch isolierend zu sein, während sie gleichzeitig die Bewegung von Ladungen auf der Oberfläche zulassen. Dabei soll diese Leitfähigkeit nicht durch Defekte an der Oberfläche beeinträchtigt werden. Genau dies will das Team von Dr. Christian Bobisch nun experimentell untersuchen, indem es die elementaren Beiträge zum elektrischen Widerstand mikroskopisch untersucht. Außerdem bringen die Forscher Defekte auf die Oberfläche, um sie gezielt zu verändern und die möglichen Auswirkungen auf die Leitfähigkeit zu studieren.

"Der Ladungstransport in Topologischen Isolatoren unterscheidet sich erheblich von den Vorgängen in klassischen metallischen Leitern und eröffnet so weitreichende Möglichkeiten, neue Bauelemente zu konzipieren", erklärt Dr. Bobisch. "Im Mikroskop schauen wir uns mit atomarer Auflösung die Oberflächenbeschaffenheit an. Gleichzeitig können wir messen und abbilden, wie der elektrische Widerstand lokal verläuft, wenn Strom durch das Material fließt."

Bislang gibt es zwar Prognosen und Hinweise dazu, wie der Stromtransport im Detail funktioniert, diese Prozesse sind experimentell aber noch nicht nachgewiesen. Aus einem mikroskopischen Verständnis ließen sich Rückschlüsse ziehen, wie das Material weiter optimiert werden kann. Mit Topologischen Isolatoren könnten künftig z.B. neuartige, elektronische Bauteile entwickelt werden, die z.B. den Spin der Elektronen als Informationsträger nutzen.

Quelle: Universität Duisburg-Essen