Graphen Skyrmionen in hohen Magnetfeldern

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Morgenstern
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391044850

Ziel des Projektes ist das experimentelle und theoretische Verständnis von Skyrmion-Anregungen (topologischen Spintexturen) in Quanten-Hall Systemen, d. h. 2D Elektronensystemen in einem starken Magnetfeld. Konkret soll die spinaufgelöste Rastertunnelmikroskopie genutzt werden, um zunächst Skyrmionen im Realraum abzubilden. Skyrmionen in Graphen beinhalten neben dem magnetischen Spin der Elektronen einen zusätzlichen Pseudospin aufgrund der zweifachen Valley-Entartung und ermöglichen somit verschränkte Texturen beider Freiheitsgrade, genannt SU(4) Skyrmionen. Erste theoretische Untersuchungen zeigen, dass sowohl als auch verschränkte Skyrmion-Texturen eindeutige, spektroskopisch zugängliche Signaturen in der spinpolarisierten Untergitterbesetzung zeigen.Für Elektronen im nullten Landau-Niveau, auf das die Arbeiten konzentriert werden, ist der Valley-Freiheitsgrad tatsächlich vollständig untergitterpolarisiert, - ein Pseudospin-Skyrmion ist also äquivalent zu einer entsprechenden Besetzungstextur der Untergitter.Um die SU(4) Skyrmionen spektroskopisch eindeutig zu identifizieren ist eine detaillierte Analyse des Lokaliserungsverhaltens der Skyrmionen im Unordnungspotenzial geplant. Außerdem sollen die dynamischen Anregungen solch lokalisierter Skyrmionen theoretisch und experimentell untersucht werden. Langfristig planen wir zusätzlich die Skyrmionen im Bereich der Randzustände sowie an elektrostatisch definierten Grenzflächen zu spektroskopieren. Die Experimente werden an der RWTH Aachen in Deutschland, die theoretischen Analysen von der CNRS Abteilung am LPS Orsay, Frankreich, durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Mark Oliver Goerbig