Elektronische Bandstruktur, magnetisch und strukturelle Eigenschaften von magnetischen Atomen auf Bi2Se3Cux

• Antragsteller: Dr. Hadj Mohamed Benia
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 226979218

Topologische Isolatoren sind neuartige Materialien, welche im Wesentlichen durch ein isolierendes Volumen mit metallischen Kanten oder Oberflächen gekennzeichnet sind. Dank ihrer neuartigen Eigenschaften, ist die Untersuchung topologischer Isolatoren von besonderem Interesse. Das Markenzeichen dieser neuen Materialien ist der lückenlose topologische Oberflächenzustand (TOZ), welcher durch Zeitumkehr-Symmetrie gegen Streuung von nicht-magnetischen Störungen geschützt ist. Die Robustheit des topologischen Zustands gegen kleine Oberflächenstörungen wurde experimentell nachgewiesen, insbesondere für Bi2Se3, welches ein einfaches Modellsystem für dreidimensionale topologische Isolatoren ist. Mehrere theoretische Arbeiten haben die Möglichkeit vorhergesagt, Zeitumkehr-Symmetrie durch Absorption magnetischer Atome auf Bi2Se3 zu brechen und eine Energielücke am Dirac-Punkt des TOZ zu öffnen. Diese theoretischen Vorhersagen konnten aber bisher noch nicht experimentell nachgewiesen werden. Jedoch hat die Adsorption von magnetischen Atomen zu einer n-Dotierung des TOZ und einer Schaffung eines zweidimensionalen Elektronengases (2DEG) an der Oberfläche geführt. In diesem Antrag wird das Fehlen der magnetischen Ordnung an der Oberfläche auf die Existenz des 2DEG an der Oberfläche zurückgeführt. Es wird deshalb vorgeschlagen, den Cu-dotierten Bi2Se3 Kristall als Alternative zu Bi2Se3 zu verwenden um die Ausbildung des 2DEG zu vermeiden. Es ist geplant, den Effekt der Adsorption verschiedener magnetischer Atome auf die Oberflächenbandstruktur von Cu-dotierten Bi2Se3 mit Hilfe von winkelaufgelöster Photoemissionspektroskopie zu untersuchen. Besonderes Augenmerk soll hierbei auf die Untersuchung des TOZ gelegt werden. Durch die Adsorption magnetischer Atome Es wird die Entstehung einer ferromagnetischen Phase an der Oberfläche Bi2Se3Cux erwartet. Daher sollen die magnetischen Eigenschaften der Oberfläche mit zirkularem magnetischem Röntgendichroismus untersucht werden. Schließlich ist geplant, die lokalen strukturellen und elektronischen Eigenschaften des obigen Systems mittels Rastertunnelmikroskopie zu charakterisieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen