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Priority Programme Topological Insulators: Materials - Fundamental Properties - Devices (SPP 1666)
Termin:
04.11.2015
Fördergeber:
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Für die zweite Förderperiode ab Juni 2016 wird zur Einreichung von Neu- und Fortsetzungsanträgen aufgerufen.
In Deutschland und den USA gelangen in den Jahren seit 2005 die Entdeckungen des Quanten-Spin-Hall-Effekts und der Topologischen Isolatoren (TI), die eine neue Materialklasse in zwei beziehungsweise drei Dimensionen begründet haben. Topologische Isolatoren sind nur in ihrem Inneren Isolatoren und weisen elektrisch leitende, topologisch geschützte Oberflächenzustände auf. Seit der Einrichtung des Schwerpunktprogramms hat das Gebiet der Topologischen Isolatoren eine weiterhin stürmische Entwicklung genommen mit wichtigen Beiträgen aus dem Schwerpunktprogramm selbst (siehe Highlights auf der unten genannten Webseite). Etwa 30 Materialsysteme sind heute als Topologische Isolatoren bekannt, darunter mehrere mit isolierendem Volumen.
Das Schwerpunktprogramm soll in seiner zweiten Förderperiode weitere wesentliche Fortschritte durch die Bearbeitung der folgenden Aufgabengebiete herbeiführen:
1. Verbesserung existierender TI-Materialien
Die momentan verfügbaren Materialien für 2-D-Topologische Isolatoren (Heterostrukturen von HgTe/Cd1-xHgxTe) zeigen eine sehr kleine Bandlücke, während mehrere 3-D-Topologische Isolatoren mit relativ großer Bandlücke und nunmehr tatsächlich isolierendem Volumen vorliegen. Diese Materialien sollen verbessert werden, um Anwendungen bei Raumtemperatur unter Mitwirkung des ein- beziehungsweise zweidimensionalen Oberflächenzustands zu ermöglichen. Hierzu sind Untersuchungen des Wachstums und der geometrischen und elektronischen Struktur erforderlich.
2. Grundlegende Eigenschaften und Bauelementstrukturen
Die grundlegenden Eigenschaften der TI führen zu vielen außergewöhnlichen elektronischen Merkmalen wie der verbotenen Rückstreuung. Deren Untersuchung ist wesentlich, um Bauelementstrukturen und Messtechniken, insbesondere für spinabhängige Transportphänomene, zu entwickeln, die in zukünftigen elektronischen Bauteilen verwendet werden können. Hierunter fallen auch Hybridstrukturen, beispielsweise TI-Grenzflächen mit Supraleitern oder magnetischen Isolatoren.
3. Neue Materialien und Konzepte
Neue Materialien (zum Beispiel Heusler-Verbindungen, Oxide, Kondo-Isolatoren, Topologische kristalline (Spiegel-)Isolatoren, 3-D-Dirac- und Weyl-Systeme) können die Beschränkungen gegenwärtig bekannter TI-Materialien überwinden helfen sowie weitere neue Eigenschaften mit sich bringen. Innovative Konzepte, beispielsweise zum Nachweis von Majorana-Fermionen mittels TI, sollen entwickelt werden.
Das Schwerpunktprogramm soll die deutschen Arbeitsgruppen auf dem Gebiet der zwei- und dreidimensionalen TI zusammenführen, insbesondere experimentell und theoretisch arbeitende Gruppen. Die Projekte können als Cluster mit zwei oder drei Partnern oder als Einzelprojekt mit Anbindung an andere beantragte Projekte angelegt sein. Nicht gefördert werden Projekte zu Graphen, Metallen und Supraleitern, sofern diese nicht eine Grenzschicht mit einem topologischen Isolator aufweisen und dessen Eigenschaften klar im Vordergrund stehen. Die topologischen Eigenschaften beziehen sich streng auf elektronische Bänder, sodass topologische Aspekte von Skyrmionen und magnetischen Monopolen nicht Teil des Schwerpunktprogramms sein können.
Ein freiwilliges Vernetzungstreffen, bei dem auch Ergebnisse der ersten Förderphase präsentiert werden sollen, ist für Montag, 14. September, bis Mittwoch, 16. September 2015, in Bad Sooden geplant.
Weitere Informationen:
http://www.dfg.de/foerderung/info_wissenschaft/info_wissenschaft_15_54/index.html
In Deutschland und den USA gelangen in den Jahren seit 2005 die Entdeckungen des Quanten-Spin-Hall-Effekts und der Topologischen Isolatoren (TI), die eine neue Materialklasse in zwei beziehungsweise drei Dimensionen begründet haben. Topologische Isolatoren sind nur in ihrem Inneren Isolatoren und weisen elektrisch leitende, topologisch geschützte Oberflächenzustände auf. Seit der Einrichtung des Schwerpunktprogramms hat das Gebiet der Topologischen Isolatoren eine weiterhin stürmische Entwicklung genommen mit wichtigen Beiträgen aus dem Schwerpunktprogramm selbst (siehe Highlights auf der unten genannten Webseite). Etwa 30 Materialsysteme sind heute als Topologische Isolatoren bekannt, darunter mehrere mit isolierendem Volumen.
Das Schwerpunktprogramm soll in seiner zweiten Förderperiode weitere wesentliche Fortschritte durch die Bearbeitung der folgenden Aufgabengebiete herbeiführen:
1. Verbesserung existierender TI-Materialien
Die momentan verfügbaren Materialien für 2-D-Topologische Isolatoren (Heterostrukturen von HgTe/Cd1-xHgxTe) zeigen eine sehr kleine Bandlücke, während mehrere 3-D-Topologische Isolatoren mit relativ großer Bandlücke und nunmehr tatsächlich isolierendem Volumen vorliegen. Diese Materialien sollen verbessert werden, um Anwendungen bei Raumtemperatur unter Mitwirkung des ein- beziehungsweise zweidimensionalen Oberflächenzustands zu ermöglichen. Hierzu sind Untersuchungen des Wachstums und der geometrischen und elektronischen Struktur erforderlich.
2. Grundlegende Eigenschaften und Bauelementstrukturen
Die grundlegenden Eigenschaften der TI führen zu vielen außergewöhnlichen elektronischen Merkmalen wie der verbotenen Rückstreuung. Deren Untersuchung ist wesentlich, um Bauelementstrukturen und Messtechniken, insbesondere für spinabhängige Transportphänomene, zu entwickeln, die in zukünftigen elektronischen Bauteilen verwendet werden können. Hierunter fallen auch Hybridstrukturen, beispielsweise TI-Grenzflächen mit Supraleitern oder magnetischen Isolatoren.
3. Neue Materialien und Konzepte
Neue Materialien (zum Beispiel Heusler-Verbindungen, Oxide, Kondo-Isolatoren, Topologische kristalline (Spiegel-)Isolatoren, 3-D-Dirac- und Weyl-Systeme) können die Beschränkungen gegenwärtig bekannter TI-Materialien überwinden helfen sowie weitere neue Eigenschaften mit sich bringen. Innovative Konzepte, beispielsweise zum Nachweis von Majorana-Fermionen mittels TI, sollen entwickelt werden.
Das Schwerpunktprogramm soll die deutschen Arbeitsgruppen auf dem Gebiet der zwei- und dreidimensionalen TI zusammenführen, insbesondere experimentell und theoretisch arbeitende Gruppen. Die Projekte können als Cluster mit zwei oder drei Partnern oder als Einzelprojekt mit Anbindung an andere beantragte Projekte angelegt sein. Nicht gefördert werden Projekte zu Graphen, Metallen und Supraleitern, sofern diese nicht eine Grenzschicht mit einem topologischen Isolator aufweisen und dessen Eigenschaften klar im Vordergrund stehen. Die topologischen Eigenschaften beziehen sich streng auf elektronische Bänder, sodass topologische Aspekte von Skyrmionen und magnetischen Monopolen nicht Teil des Schwerpunktprogramms sein können.
Ein freiwilliges Vernetzungstreffen, bei dem auch Ergebnisse der ersten Förderphase präsentiert werden sollen, ist für Montag, 14. September, bis Mittwoch, 16. September 2015, in Bad Sooden geplant.
Weitere Informationen:
http://www.dfg.de/foerderung/info_wissenschaft/info_wissenschaft_15_54/index.html