Mobile-Menu

Forschung Topologie von Quantenmaterialien mittels Photoeffekt untersucht

Quelle: Pressemitteilung Exzellenzcluster ct.qmat Lesedauer: 1 min

Anbieter zum Thema

TU Dresden

Quantenmaterialien gelten als vielversprechend für eine energiesparende Elektronik. Ihre topologischen Eigenschaften konnten bislang nicht direkt gemessen werden. Nun wurde die Topologie der spinpolarisierten Elektronen auf der Oberfläche mittels photoelektrischem Effekt sichtbar gemacht und ihr Drehsinn gemessen.

Der photoelektrische Effekt macht die Topologie der Elektronen auf der Oberfläche eines Quantenmaterials sichtbar. Das Experiment kann man sich vorstellen wie eine Polarisationsbrille im 3D-Kino – auch hier werden unterschiedlich ausgerichtete Strahlen eingesetzt.
Der photoelektrische Effekt macht die Topologie der Elektronen auf der Oberfläche eines Quantenmaterials sichtbar. Das Experiment kann man sich vorstellen wie eine Polarisationsbrille im 3D-Kino – auch hier werden unterschiedlich ausgerichtete Strahlen eingesetzt.
(Bild: Jörg Bandmann/ct.qmat)

Topologische Quantenmaterialien versprechen eine „grüne Elektronik“, mit der Zukunftstechnologien nachhaltiger werden könnten. Denn aus ihnen gefertigte Drähte können Strom verlustfrei leiten. Wann dieser Fall tatsächlich eintritt, haben Physiker der Uni Würzburg und der TU Dresden bereits untersucht:

Nun ist es einem internationalen Wissenschaftsteam gemeinsam mit dem Würzburg-Dresdner Exzellenzcluster ct.qmat erstmals gelungen, eines der zugrundeliegenden Merkmale der topologischen Materialien experimentell zu bestätigen: die Leitung von spinpolarisierten Elektronen auf ihrer Oberfläche.

Topologie der Elektronen sichtbar gemacht

Um topologische Materialien von herkömmlichen zu unterscheiden, untersuchte man bisher ihre Oberflächenströme. Die Topologie der spinpolarisierten Elektronen ist jedoch eng mit ihren quantenmechanischen Welleneigenschaften und ihrem Drehsinn – der nicht rein zufällig ausgerichtet ist – verknüpft. Diesen hat man nun direkt mittels photoelektrischem Effekt nachgewiesen. Dabei werden Elektronen mithilfe von Licht zum Beispiel aus einem Metall gelöst. Wie das Exzellenzcluster ct.qmat mitteilt, wurde zirkular polarisiertes Röntgenlicht verwendet – also Lichtteilchen, die einen Drehmoment besitzen. Wenn ein rechtsdrehendes Photon auf ein Elektron mit linkem Drehsinn trifft, so löschen sich ihre Drehsinne gegenseitig aus, heißt es. Das Elektron werde nicht freigesetzt. Anders verhalte es sich, wenn Elektron und Photon den gleichen Drehsinn aufweisen. Das Signal für links- und rechtspolarisierte bzw. -ausgerichtete Strahlung sei bei Elektronen mit starkem Drehsinn unterschiedlich. Daher könne man sich dieses Experiment vorstellen wie eine Polarisationsbrille im 3D-Kino – auch hier werden unterschiedlich ausgerichtete Strahlen eingesetzt.

Als Ausgangsstoff wählten die Wissenschaftler das Kagome-Metall TbV6Sn6. Bei diesem Quantenmaterial weist das Atomgitter eine Mischung aus Dreiecks- und Honigwabengitter auf.

Zur Originalpublikation im Journal Nature Physics

(ID:49649775)

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung.

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

Weiterführende Inhalte