FWF - Oberflächen - Exotische Oberflächen

Das Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, die Eigenschaften von neuartigen, exotischen Oberflächen zu verstehen. Hierfür plant der Bewerber einen Forschungsaufenthalt in der Dauer von 24 Monaten an der Universität Cambridge in der Forschungsgruppe von Dr. William Allison. Diese Forschungsgruppe betreibt als weltweit einzige Gruppe ein Helium-3 Spin-Echo Spektrometer, welches Energieänderungen auf bis zu 20 neV genau aufzulösen vermag. Spin-Echo Messungen am Halbmetall Bi(111) und am topologischen Isolator PbBi2Te4(111) werden Daten liefern die essentiell für die Entwicklung neuer theoretischer Ansätze sind, um die grundlegende Atom-Oberflächen Wechselwirkung auf Halbmetallen und topologischen Isolatoren zu verstehen. Insbesondere liefert die Spin-Echo Methode als einzige experimentelle Technik hochaufgelöste Daten, welche die direkte Bestimmung der modenspezifischen Elektron-Phonon Wechselwirkung erlauben. Außerdem stellt die mögliche Beobachtung eines akustischen Oberflächenplasmons, in einem Energiebereich der für keine andere experimentelle Technik zugänglich ist, einen äußerst interessanten Aspekt dar. Basierend auf der Analyse der Spin-Echo Messungen soll ein theoretisches Modell für die He-Bi(111) Interaktion entwickelt werden, welches auch für andere Halbmetalle adaptiert werden kann. In einer zusätzlichen Rückkehrphase von 12 Monaten am Institut für Experimentalphysik der TU Graz, wird der Bewerber das in Cambridge erworbene Wissen und die Anwendung für das He-Bi(111) System weiterentwickeln. Vor allem sollen die in Cambridge gemessenen Daten des He-PbBi2Te4(111) Systems interpretiert werden. Diese Daten dienen in erster Linie der Ermittlung eines geeigneten Atom-Oberflächen Wechselwirkungsmodells für topologische Isolatoren. Schlussendlich wird der Einfluss von auf Bi(111) adsorbiertem atomaren Wasserstoff unter dem Titel "Das Leichteste auf dem Schwersten" experimentell untersucht werden. Während das Verständnis des Muster-Halbmetalls Bismut insbesondere im Hinblick auf topologische Isolatoren und das Gebiet der Spintronik interessant ist, gelten topologische Isolatoren selbst als vielversprechende Kandidaten für mögliche Anwendungen in der Spintronik und für die Realisierung von Quantencomputern. Dabei sind Halbmetalle trotz ihrer Bedeutung, insbesondere im Bereich der topologischen Isolatoren, bis jetzt noch nicht mithilfe von Heliumstreuung untersucht worden. Dies liegt wohl an ihrer intrinsischen Komplexität, gekennzeichnet dadurch, dass deren Oberflächen leitend sind (sogar supraleitend) und gleichzeitig eine große Korrugation aufweisen. In Kombination mit der weltweit einzigartigen experimentellen Anlage in Cambridge wird die Kompetenz des Bewerbers in Zusammenhang mit Heliumstreuung an diesen Oberflächensystemen zu einem neuen grundlegenden Verständnis dieser vielversprechenden Materialien führen. Fortwährende Kooperation mit der Universität Cambridge wird für permanenten Wissensaustausch und die Durchführung gemeinsamer Experimente sorgen.