Sonderheft zu Topologischen Isolatoren erschienen

  • 18. February 2013

Aktuellste Erkenntnisse zu Eigenschaften und Anwendungen dieser Materialklasse nun als Sonderheft der physica status solidi-Rapid Research Letters erschienen.

Die erst vor wenigen Jahren entdeckte Materialklasse der Topologischen Isolatoren zeichnet sich durch ihre herausragende Eigenschaft aus, im Innern elektrisch isolierend zu sein, an der Oberfläche jedoch leitende Zustände auszubilden. Das Besondere an topologischen Isolatoren ist die extreme Stabilität ihrer Oberflächenzustände. Neueste Erkenntnisse aus diesem brisanten Forschungsgebiet, das auch kürzlich mit der Einrichtung eines Schwerpunktprogrammes der DFG in den Fokus gerückt ist, sind nun in einer Sonderausgabe der physica status solidi-Rapid Research Letters zusammengefasst.

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Abb.: Die Focus Issue fasst die neuesten Forschungsergebnisse zu Topologischen Isolatoren in Form von Übersichtsartikeln und Originalarbeiten zusammen. (Bild: Wiley-VCH)

Die Gasteditoren Claudia Felser und Binghai Yan vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden und von der Universität Mainz, sowie Shoucheng Zhang (Stanford Universität) fangen den aktuellen Forschungsstand bezüglich Eigenschaften und Anwendungen dieser Materialklasse in einer erstklassigen Momentaufnahme ein.
Der Schwerpunkt umfasst das funktionale Materialdesign in Experiment und Theorie, das zu neuartigen Materialklassen und letztlich zu realen Anwendungen führt. Gleichermaßen ist das Verständnis der Physik der zugrunde liegenden Phänomene Grundvoraussetzung für die erfolgreiche Umsetzung solcher Anwendungen.

Die Topologischen Isolatoren (TIs) sind ein neuer Quantenzustand der Materie, der kürzlich entdeckt wurde. Ihre topologische Natur ist dem Quanten-Hall-Effekt ähnlich, einer großen Entdeckung in der Physik der kondensierten Materie in den 1980er Jahren (Klaus von Klitzing, Nobelpreis für Physik, 1985). Das Auftreten des Topologischen Effektes ist die Existenz von robusten Oberflächenzuständen ohne Bandlücke innerhalb der Volumen-Bandlücke. Es ist bemerkenswert, dass TIs in vielen gängigen Materialien realisiert wurden, und zwar ohne Anforderung an extreme Bedingungen wie hohe Magnetfelder und niedrige Temperatur. Der erste Topologische Isolator wurde 2006 vorhergesagt und 2007 experimentell in HgTe Quantentöpfen umgesetzt. Bald darauf wurden drei traditionell bekannte binäre Chalkogenide Bi2Se3, Bi2Te3 und Sb2Te als Topologische Isolatoren vorhergesagt und beobachtet. Die Entdeckung dieser topologischen Materialien eröffnete das aufregende Forschungsgebiet der Topologischen Isolatoren.

die elektronische Struktur eines prototypischen topologischen Isolators Bi2Te3 im Energie-Impuls-Raum

Abb.: Die Abbildung zeigt die elektronische Struktur eines prototypischen topologischen Isolators Bi2Te3 im Energie-Impuls-Raum erhalten durch winkelaufgelöste Photoemissionsspektroskopie. (Bild: Wiley-VCH)

Umfangreiche experimentelle und theoretische Untersuchungen widmen sich seitdem der Synthese und Optimierung von entsprechenden Proben, der Charakterisierung der topologischen Zustände mittels oberflächensensitiver Spektroskopie, Transportmessungen, Geräterealisierung und der Suche nach neuen Materialkandidaten. Das Gebiet der TIs weitet sich in einem rasanten Tempo in den Communities der Physik, Chemie und Materialwissenschaften aus.

Alle Beiträge des Fokusheftes in der Zeitschrift physica status solidi – Rapid Research Letters sind online frei zugänglich.

CT

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