Forschung

Unser Hauptarbeitsgebiet und Forschungsinteresse ist die Untersuchung neuer Quantenphasen, wie beispielsweise unkonventionelle Supraleitung, Spinflüssigkeiten und korrelierte topologische Isolatoren, und deren Eigenschaften bezüglich Quantenkritikalität und Nicht-Fermiflüssigkeitsverhalten. Neben dem Studium fundamental neuer Physik ist gerade das bessere Verständnis dieser Quantenphasen die Voraussetzung für das Schaffen von Zukunftstechnologien im Bereich neuer Bauelemente, Sensoren, und die Entwicklung von Materialien für den Energiesektor oder Quantencomputing.

Atomare Teilchen bleiben selbst am absoluten Temperaturnullpunkt stets in Bewegung. Diese "Quantenfluktuationen" können bei geeigneter Variation der äußeren Bedingungen wie Druck oder Magnetfeld zu einer Änderung des Materiezustands führen (z.B. magnetisch - nicht-magnetisch). In der Nähe solcher Quantenphasenübergänge bricht die gängige Theorie für Metalle zusammen! Es bilden sich stark gekoppelte Ladungsträger aus, die eine enorme Zunahme ihrer effektive Masse zeigen und immer stärker miteinander kollidieren, bevor in einigen Fällen unkonventionelle Supraleitung auftritt. Letztere wird nicht - wie in gängigen Supraleitern - durch Gitterschwingungen vermittelt, sondern scheint mit den starken magnetischen Fluktuationen am Quantenphasenübergang verknüpft. Aktuell untersuchen wir Supraleitung in Eisenpniktiden, in denen Eisen für magnetische, strukturelle und supraleitende Eigenschaften verantwortlich ist.

Neuartige Quantenphasen entstehen auch, wenn man magnetische Momente so im Kristallgitter anordnet, dass deren Wechselwirkungen frustriert sind, wie beispielsweise die antiferromagnetische Kopplung von Momenten auf einem gleichseitigen Dreieck. Dies stabilisiert Spinflüssigkeitszustände, die nicht durch konventionelle Ordnungsparameter, sondern durch topologische Eigenschaften charakterisiert werden und emergente Anregungen wie etwa magnetische Monopole zeigen. Motiviert durch die Entdeckung topologischer Isolatoren in Halbmetallen mit starker Spin-Bahn-Wechselwirkung stehen neuerdings auch Iridiumoxide in unserem Blickpunkt, in denen elektronische Korrelationen in Kombination mit starker Spin-Bahn-Wechselwirkung neue topologische Quantenphasen bewirken können.

Desweiteren stellen wir oxidische und/oder intermetallische Heterostrukturen aus Übergangmetallen her und untersuchen diese auf eventuell auftretende, neuartige elektronische Phasen an deren Grenzflächen. Durch gezieltes Strukturieren der Heterostrukturen möchten wir so innovative elektronische Bauteile für die Oxidelektronik entwickeln. Methodisch reicht unser Arbeitsgebiet von der Probensynthese, der Charakterisierung und detaillierten Untersuchung der Probeneigenschaften bis hin zu sehr tiefen Temperaturen und hohen Magnetfeldern bis zu deren theoretischen Modellierung. Dabei arbeiten wir eng mit zahlreichen nationalen und internationalen Gruppen zusammen. Unsere experimentellen Arbeiten basieren auf Einkristallen, die wir mittels fortgeschrittenen Methoden herstellen, sowie auf epitaktischen Schichten, die wir als Einfachschichten oder als Heterostrukturen unter Verwendung optimierter Epitaxieprozesse deponieren. Diese Verfahren ermöglichen uns, hochwertige Proben aus einem breiten Spektrum von Materialien zu schaffen, deren Struktur bis auf atomarer Ebene kontrolliert werden kann. Die Schichtsysteme werden dabei von uns unter Verwendung moderner Reinraumtechniken mit optischen oder elektronenstrahl-lithographischen Verfahren und Ionenstrahlätzen hochauflösend strukturiert und anschließend auf ihre elektronischen und magnetischen Eigenschaften hin untersucht.



© 2014
Lehrstuhl für Experimentalphysik VI
Institut für Physik
Universität Augsburg
Stand: 15.07.2014, 10:39
http://www.physik.uni-augsburg.de/exp6/research//research_d.shtml