Neue deutsch-russische Forschungsgruppe zu Topologischen Isolatoren

Der HZB-Physiker Dr. Andrei Varykhalov war mit seinem Antrag auf Förderung einer „Helmholtz-Russia Joint Research Group“ erfolgreich. Mit diesem Programm fördert die Helmholtz-Gemeinschaft seit 2006 zusammen mit der „Russian Foundation for Basic Research“ Kooperationen zwischen deutschen und russischen Wissenschaftlern. Partner auf russischer Seite ist die Chemikerin Prof. Dr. Lada V. Yashina von der Moskauer Staatsuniversität.

Gemeinsam werden sie quantenphysikalische Effekte in so genannten topologischen Isolatoren untersuchen. Dies ist eine neue Materialklasse, die erst seit wenigen Jahren bekannt ist. Topologische Isolatoren leiten den Strom entlang der Oberfläche fast ohne Widerstand, senkrecht dazu sind sie dagegen Isolatoren. Dies hängt mit den Zuständen der Elektronen und deren Spins an der Oberfläche zusammen.

Interessante Anwendungen als Bauelemente wären aber erst dann möglich, wenn man diese Oberflächenzustände zum Beispiel durch Magnetfelder oder andere äußere Faktoren steuern könnte. Varykhalov will daher untersuchen, wie sich die topologischen Zustände durch Beimischung von magnetischen Fremdatomen beeinflussen lassen. Dafür kann er auf die am Helmholtz-Zentrum Berlin verfügbare Methodenvielfalt zugreifen wie Spin- und Winkel-aufgelöste Photoemission, Photoelektronen-Mikroskopie sowie Rastertunnelmikroskopie. Die Moskauer Partner bringen ihre Erfahrung in der Kristallzucht ein und werden gezielt neue topologische Materialien herstellen.

Während der Laufzeit der Förderung ist ein intensiver Austausch vorgesehen, von dem insbesondere Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler profitieren sollen. „Um unsere Ziele zu erreichen, müssen wir mit unseren russischen Kollegen sehr eng zusammen arbeiten“, sagt Varykhalov. Die neue Forschungsgruppe nimmt ihre Arbeit im Januar 2013 auf. Der Förderumfang beträgt bis zu 150.000 Euro pro Jahr bei einem Förderzeitraum von maximal drei Jahren.