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.
- Magnetische Bildgebung: Mikroblumen verstärken das lokale MagnetfeldMaterialien mit magnetischen Nanostrukturen bieten viele Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise in der Spintronik. Um solche Materialien zu untersuchen, sind magnetisch empfindliche Bildgebungsverfahren im Nanobereich geeignet, bisher konnten während des Bildgebung jedoch nur schwache Magnetfelder angelegt werden. Nun hat eine internationale Forschungsgruppe unter der Leitung von Dr. Sergio Valencia vom HZB einen Ansatz entwickelt, der diese Einschränkung überwindet. Das Team entwarf winzige Magnetflusskonzentratoren (MFCs). Die Geometrie der MFCs ähnelt einer Blume und fokussiert das angelegte Magnetfeld auf das Zentrum, in dem die Probe sitzt. Die „Mikroblumen“, die das Magnetfeld lokal verstärken, können in vielen nanometrischen magnetischen Mikroskopieverfahren eingesetzt werden.
- Magnon-Momentum-Mikroskopie: Neues Fenster in nanoskalige SpinwellenEin internationales Team unter der Leitung des Max-Born-Instituts hat eine neue Art der Momentum-Mikroskopie entwickelt, mit der Magnonen – die Quanten kollektiv angeregter Spins – mithilfe von Weichröntgenstrahlung direkt im zweidimensionalen reziproken Raum abgebildet werden können. Die Messungen fanden an BESSY II und Petra III statt. Erstautor ist der HZB-Physiker Steffen Wittrock. Dank ihrer Empfindlichkeit, Einfachheit und der Möglichkeit, Wellenlängen im Nanometerbereich aufzulösen, bildet diese neuartige Methode eine leistungsstarke und vielseitige Plattform für die Erforschung nichtlinearer Magnonen-Wechselwirkungen, die für zukünftige Rechenkonzepte interessant sind.
- Spintronik an BESSY II: Echtzeit-Analyse von magnetischen DoppelschichtsystemenSpintronische Bauelemente ermöglichen Datenverarbeitung mit deutlich weniger Energieverbrauch. Sie basieren auf der Wechselwirkung zwischen ferromagnetischen und antiferromagnetischen Schichten. Nun ist es einem Team von Freier Universität Berlin, HZB und Universität Uppsala gelungen, für jede Schicht separat zu verfolgen, wie sich die magnetische Ordnung verändert, nachdem ein kurzer Laserpuls das System angeregt hat. Dabei konnten sie auch die Hauptursache identifizieren, die für den Verlust der antiferromagnetischen Ordnung in der Oxidschicht sorgt: Die Anregung wird von den heißen Elektronen im ferromagnetischen Metall zu den Spins im Antiferromagneten transportiert.