Forschung

Neues Quantenmaterial: Mangan-Bismut-Tellurid

27.12.2019 - Erster antiferromagnetischer topologische Isolator ist interessant für Anwendungen in der Spintronik, zweidimensionalen Magnetismus und Quantentransport.

Ein internationales Konsortium von Chemikern und Physikern hat eine neue Art von Quanten­material mit intrinsisch magne­tischen und topolo­gischen Eigen­schaften entdeckt. Für Anwen­dungen in der Spintronik, zweidimen­sionalen Magne­tismus und Quanten­transport ist es besonders inte­ressant, weil es ohne Dotierung und starke äußere Magnet­felder auskommt.

Seit ihrer Entdeckung im Jahr 2009 sind topologische Isolatoren ein heißes Eisen der Material­physik. Das Besondere an ihnen ist, dass sie gleichzeitig als Isolatoren und als elektrische Leiter agieren können. Während im Inneren der Kristalle ein elektrisch isolierender Zustand herrscht, sind die Kristall­oberflächen elektrisch leitend. Das große wissen­schaftliche Interesse an topologischen Isolatoren rührt von den neuen Quanten­zuständen, die in diese Material­klasse zu beobachten sind. Als eine Art Brut­stätte für neuartige Quasi­teilchen und exotische Quanten­phänomene sind sie sowohl für die theore­tische Beschrei­bung als auch für die Synthese und experi­mentelle Unter­suchung eine große Heraus­forderung.

Besondere Anstrengungen werden unter­nommen, um die Wechsel­wirkung topolo­gischer Phasen in magneti­schen topolo­gischen Isola­toren zu unter­suchen. Forscher des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoff­forschung Dresden und der TU Dresden haben eine Technik entwickelt, mit der die ersten Einkris­talle des magnetischen topolo­gischen Materials Mangan-Bismut-Tellurid gezüchtet worden sind. Diese Substanz ähnelt strukturell dem Klassiker der topologischen Isolatoren, Bismut-Tellurid, weist jedoch zusätzlich ein perio­disches Unter­gitter von Mangan-Atomen auf. Bei einer Temperatur von unter 24 Kelvin bilden diese Mangan-Atome ein geord­netes dreidimen­sionales magnetisches Gitter.

Theorie-Kollegen aus Spanien haben heraus­gefunden, dass die wesentlichen topologischen Eigen­schaften von Mangan-Bismut-Tellurid von der trigonalen Kristall­struktur und der anti­ferro­magneti­schen Kopplung der Zwischen­schichten hervor­gerufen wird. Die nicht-triviale Topologie manifes­tiert sich in den Oberflächen­zuständen, die Experimen­tatoren aus Würzburg und Sankt Petersburg unabhängig vonein­ander mit winkel­aufgelöster Photo­elektronen­spekto­skopie unter­suchten. Alle Teile dieses Puzzles sind in einem kürzlich erschienenen Artikel im Fachblatt Nature zusammen­gefasst. Im Ergebnis wird bestätigt, dass Mangan-Bismut-Tellurid der erste anti­ferro­magnetische topolo­gische Isolator unterhalb seiner Néel-Temperatur ist, das heißt in dem Temperatur­bereich, in dem sich eine langreich­weitige magnetische Ordnung etabliert.

Diese Entdeckung hat eine große Bedeutung für mögliche Anwendungen der topolo­gischen Isolatoren. Das neue Material Bismut-Mangan-Tellurid eröffnet die Möglich­keit, auf die Dotierung und auf starke externe Magnet­felder zu verzichten, da der Magne­tismus bereits intrinsisch in der stöchio­metrischen Verbindung angelegt ist.

L-IFW / OD

Weitere Infos

 

Virtuelle Jobbörse auf den WIN>DAYS

Die Beratungsfirmen Senacor Technologies sowie Horn & Company und das Unternehmen ZEISS präsentierten im Rahmen der diesjährigen WIN>DAYS Karrieremöglichkeiten in ihrem Unternehmen.

Jetzt Aufzeichung ansehen

Sauberes, trockenes Vakuum für Labore, Analytik, Forschung & Entwicklung

Viele Anwendungsbereiche erfordern es, dass Vakuum ölfrei und sehr sauber erzeugt wird. Hierzu eignen sich Membranpumpen, die zudem sehr unempfindlich sind und sich durch die kompakte Bauweise auch gut in kleine Analysesysteme, Massenspektrometer oder Turbopumpstände integrieren lassen. Diese besonderen Anforderungen erfüllt die neue Membranpumpe MVP 030-3 C DC von Pfeiffer Vacuum und bringt dabei noch weitere wertvolle Eigenschaften mit wie eine sehr gute Chemikalien- und Kondensat-Verträglichkeit.

Mehr Informationen

Virtuelle Jobbörse auf den WIN>DAYS

Die Beratungsfirmen Senacor Technologies sowie Horn & Company und das Unternehmen ZEISS präsentierten im Rahmen der diesjährigen WIN>DAYS Karrieremöglichkeiten in ihrem Unternehmen.

Jetzt Aufzeichung ansehen

Sauberes, trockenes Vakuum für Labore, Analytik, Forschung & Entwicklung

Viele Anwendungsbereiche erfordern es, dass Vakuum ölfrei und sehr sauber erzeugt wird. Hierzu eignen sich Membranpumpen, die zudem sehr unempfindlich sind und sich durch die kompakte Bauweise auch gut in kleine Analysesysteme, Massenspektrometer oder Turbopumpstände integrieren lassen. Diese besonderen Anforderungen erfüllt die neue Membranpumpe MVP 030-3 C DC von Pfeiffer Vacuum und bringt dabei noch weitere wertvolle Eigenschaften mit wie eine sehr gute Chemikalien- und Kondensat-Verträglichkeit.

Mehr Informationen