Wie man mit Licht den Spin von topologischen Isolatoren manipuliert
Die Abbildung zeigt die typische Spintextur (Pfeile) eines topologischen Isolators und wie diese durch zirkular polarisiertes Licht kontrolliert verändert wird. Rader/Sachez-Barriga/HZB © Rader/Sachez-Barriga/HZB
HZB-Forscher haben am Synchrotronring BESSY II den topologischen Isolator Bismutselenid (Bi2Se3) mit spinauflösender Photoelektronenspektroskopie untersucht. Dabei fanden sie einen verblüffenden Unterschied: Wenn man Elektronen mit zirkular polarisiertem Licht im vakuumultravioletten Wellenlängenbereich (50 Elektronenvolt, eV) anregt, verhalten sie sich anders, als wenn man sie mit ultraviolettem Licht anregt (6 eV). Dieses Ergebnis könnte erklären, wie sich Spinströme in topologischen Isolatoren erzeugen lassen.
Im ersteren Fall – bei der Anregung mit 50 Elektronenvolt - weisen die emittierten Elektronen die für topologische Isolatoren typische Spintextur auf. Die Spins der Elektronen laufen hier in der Oberflächenebene im Kreis, ähnlich wie auf einem Verkehrsschild für "Kreisverkehr". Bei der Anregung mit 6 Elektronenvolt drehen sich die Spins der Elektronen komplett aus der Ebene heraus und nehmen dabei sogar diejenige Spinrichtung an, die mit rechts- bzw. linkszirkular polarisiertem Licht vorgegeben wird.
Topologische Isolatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie sich im Inneren des Materials elektrisch isolierend verhalten, ihre Oberfläche jedoch metallisch leitend ist. Sie gelten als interessante Kandidaten für neuartige Bauelemente für die Informationstechnologie. In solchen Bauelementen will man den Spin mithilfe von Licht beeinflussen.
Die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse liefern Erkenntnisse darüber, wie man in topologischen Isolatoren verlustlose Spinströme erzeugen kann.
Die Arbeit wird in Kürze in der Zeitschrift Physical Review X erscheinen, einer neu gegründeten Zeitschrift für herausragende Ergebnisse der American Physical Society.
- Schriftrollen aus buddhistischem Schrein an BESSY II virtuell entrolltIn der mongolischen Sammlung des Ethnologischen Museums der Staatlichen Museen zu Berlin befindet sich ein einzigartiger Gungervaa-Schrein. Der Schrein enthält auch drei kleine Röllchen aus eng gewickelten langen Streifen, die in Seide gewickelt und verklebt sind. Ein Team am HZB konnte die Schrift auf den Streifen teilweise sichtbar machen, ohne die Röllchen durch Aufwickeln zu beschädigen. Mit 3D-Röntgentomographie erstellten sie eine Datenkopie des Röllchens und verwendeten im Anschluss ein mathematisches Verfahren, um den Streifen virtuell zu entrollen. Das Verfahren wird auch in der Batterieforschung angewandt.
- Helmholtz-Promotionspreis für Hanna TrzesniowskiHanna Trzesniowski hat während ihrer Promotion am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) an nickelbasierten Elektrokatalysatoren für die Wasserspaltung geforscht. Ihre Arbeit trägt dazu bei, das Verständnis der alkalischen Wasserelektrolyse zu vertiefen und den Weg für die Entwicklung effizienterer und stabilerer Katalysatoren zu ebnen. Dafür erhielt sie am 8. Juli 2025 den Helmholtz-Promotionspreis, der die besten und originellsten Doktorarbeiten der Helmholtz-Gemeinschaft würdigt.
- Forschung ganz nah! Die Lange Nacht der Wissenschaften am HZBAm 28. Juni ist es wieder so weit: Die Lange der Wissenschaften findet von 17 - 0 Uhr in Berlin und auch in Adlershof statt. Werfen Sie einen Blick hinter die Kulissen unserer spannenden Forschung!