Untersuchung magnetischer topologischer Isolatoren mittels Rastertunnelspektroskopie

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Morgenstern
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 539545304

Der anomale Quanten-Hall-Effekt könnte den Quanten-Hall-Effekt in der Metrologie ersetzen oder zumindest ergänzen, aufgrund der vorteilhaften Eigenschaft, kein externes Magnetfeld zu benötigen. Darüber hinaus ist er eine vielversprechende Plattform zur Realisierung von Majorana- Moden ohne externe Magnetfelder bei Nutzung des supraleitenden Proximity-Effektes. Eine zentrale Herausforderung besteht darin, die thermische Stabilität bzw. die Homogenität der Materialien zu verbessern. In diesem Projekt werden wir die Quellen solcher Inhomogenitäten mittels Rastertunnelmikroskopie an den stöchiometrischen magnetischen topologischen Isolatoren Mn(Sb,Bi)2Te4 und verwandten Verbindungen untersuchen. Ein besonderer Fokus liegt auf dem kürzlich entdeckten ferromagnetischen topologischen Isolator Mn1.06Sb1.94Te4. Wir werden die Variation von Größe und Mittelpunktsenergie der magnetisch induzierten Bandlücke innerhalb des topologischen Oberflächenzustandes als Indikatoren der magnetischen Unordnung und der elektrostatischen Unordnung kartieren. Wir werden die Reaktion der Bandlücke auf externe Magnetfelder sowie die raumzeitlichen Fluktuationen der Bandlücke bei erhöhten Temperaturen erforschen. Wir werden auch die resultierenden Randzustände kartieren, insbesondere von exfoliiertem Material, einschließlich der Möglichkeit des Gating. Schließlich werden wir Supraleiter auf die magnetischen topologischen Isolatoren aufbringen und den resultierenden Proximity Effekt untersuchen. Teilweise erwarten wir dabei Peaks am Ferminiveau an der Grenzfläche als Indikatoren von Majorana Anregungen . Ein kontinuierlicher Austausch mit unseren Partnern zur Verbesserung der durch Molekularstrahlepitaxie gewachsenen Materialien zielt auf Materialien und Grenzflächen ab, die bei Temperaturen bis zu den kritischen Temperaturen der Materialien arbeiten. Das zentrale Ziel des Projekts besteht in einem umfassenden Verständnis der Rolle verschiedener Arten von Unordnung für die Stabilität magnetischer Bandlücken, Randzustände und letztendlich Majorana-Null-Moden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Niederlande, Österreich, Schweiz
• Großgeräte: Trockener Magnet für existierenden UHV-Closed-Cycle-Kryostat (3T)
• Gerätegruppe: 0120 Supraleitende Labormagnete
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Anna Isaeva; Professor Dr. Daniel Loss; Professor Dr. Gunther Springholz