BESSY II: Experimenteller Nachweis einer exotischen Quantenphase in Au2Pb
Die Abbildung zeigt die gemessene Energie-Impuls-Beziehung für Au2Pb. Das lineare Verhalten ist der Nachweis für ein Dirac-Semimetall. Zusätzlich wird ein Lifshitz-Übergang beobachtet: Bei Temperaturen 223 K und darunter verhalten sich die Elektronen wie positiv geladene Teilchen, bei Raumtemperatur dagegen wie negativ geladene. © HZB
Ein Team am HZB hat die elektronische Struktur von Au2Pb an BESSY II durch winkelaufgelöste Photoemissionsspektroskopie über einen weiten Temperaturbereich untersucht: Die Ergebnisse zeigen die elektronische Struktur eines dreidimensionalen topologischen Dirac-Semimetalls und stehen im Einklang mit theoretischen Berechnungen.
Die experimentellen Daten zeigen die charakteristische Signatur eines Lifshitz-Übergangs. Die Studie erweitert die Palette der derzeit bekannten Materialien, die dreidimensionale Dirac-Phasen aufweisen. Außerdem zeigt der beobachtete Lifshitz-Übergang einen praktikablen Mechanismus auf, mit dem die Ladungsträgerart bei der Stromleitung umgeschaltet werden kann, ohne dass das Material mit Fremdatomen dotiert werden müsste. Zudem wird das Au2Pb als Kandidat für die Realisierung eines topologischen Supraleiters interessant.
Die Studie, die auch theoretische Rechnungen aus San Sebastian und Materialsynthese aus Princeton umfasst, wurde in der Zeitschrift Physical Review Letters als "Editor's Suggestion" ausgewählt.
- Energie von Ladungsträgerpaaren in Kuprat-VerbindungenNoch immer ist die Hochtemperatursupraleitung nicht vollständig verstanden. Nun hat ein internationales Forschungsteam an BESSY II die Energie von Ladungsträgerpaaren in undotiertem La₂CuO₄ vermessen. Die Messungen zeigten, dass die Wechselwirkungsenergien in den potenziell supraleitenden Kupferoxid-Schichten deutlich geringer sind als in den isolierenden Lanthanoxid-Schichten. Die Ergebnisse tragen zum besseren Verständnis der Hochtemperatur-Supraleitung bei und könnten auch für die Erforschung anderer funktionaler Materialien relevant sein.
- Elektrokatalyse mit doppeltem Nutzen – ein ÜberblickHybride Elektrokatalysatoren können beispielsweise gleichzeitig grünen Wasserstoff und wertvolle organische Verbindungen produzieren. Dies verspricht wirtschaftlich rentable Anwendungen. Die komplexen katalytischen Reaktionen, die bei der Herstellung organischer Verbindungen ablaufen, sind jedoch noch nicht vollständig verstanden. Moderne Röntgenmethoden an Synchrotronquellen wie BESSY II ermöglichen es, Katalysatormaterialien und die an ihren Oberflächen ablaufenden Reaktionen in Echtzeit, in situ und unter realen Betriebsbedingungen zu analysieren. Dies liefert Erkenntnisse, die für eine gezielte Optimierung genutzt werden können. Ein Team hat nun in Nature Reviews Chemistry einen Überblick über den aktuellen Wissensstand veröffentlicht.
- BESSY II: Phosphorketten – ein 1D-Material mit 1D elektronischen EigenschaftenErstmals ist es einem Team an BESSY II gelungen, experimentell eindimensionale elektronische Eigenschaften in Phosphor nachzuweisen. Die Proben bestanden aus kurzen Ketten aus Phosphoratomen, die sich auf einem Silbersubstrat selbst organisiert in bestimmten Winkeln bilden. Durch eine raffinierte Auswertung gelang es, die Beiträge von unterschiedlich ausgerichteten Ketten voneinander zu trennen und zu zeigen, dass die elektronischen Eigenschaften tatsächlich einen eindimensionalen Charakter besitzen. Berechnungen zeigten darüber hinaus, dass ein spannender Phasenübergang zu erwarten ist. Während das Material aus einzelnen Ketten halbleitend ist, wäre eine sehr dichte Kettenstruktur metallisch.