Forschungsgrup­pe „Topologische Materialien“

© Heinrich Pniok

Ausgehend von der Entdeckung des ersten schwachen 3D topologischen Isolators (TI) Bi₁₄Rh₃I₉ durch Bertold Rasche (B. Rasche, A. Isaeva, M. Ruck, S. Borisenko, V. Zabolotnyy, B. Büchner, K. Koepernik, C. Ortix, M. Richter, J. van den Brink, Nat. Mater. 2013, 12, 422–425.) entwickelte sich eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Dr. Anna Isaeva, welche sich seither mit der explorativen Erforschung neuer topologisch nicht-trivialer Phasen befasst. Neben Dr. Anna Isaeva besteht die Gruppe momentan aus den vier Doktoranden Mai Lê Anh, Paul Gebauer, Maria Herz und Eduardo Carrillo. Erforscht werden dabei vor allem Systeme mit Beteiligung von Schweratomen, welche einer starken, und für die gesuchten Eigenschaften essentieller, Spin-Bahn-Kopplung unterliegen. Das Spektrum ihrer Forschung erstreckt sich von Halogen- über Chalkogenverbindungen des Bismuts bis hin zu deren gemischten ternären Verbindungen (Bi_nTeHal; n = 2,3; Hal = Br, I), sowie der Kombination dieser mit  Übergangsmetall- und Seltenerdelementen zur Erforschung neuartiger Materialien. Mithilfe moderner Techniken steht neben der Exploration neuer Phasen auch die Züchtung von Einkristallen zur physikalischen Untersuchung im Mittelpunkt. Ein weit verzweigtes Netzwerk an Kooperationspartnern im In- und Ausland ermöglicht neben quantenmechanischen Berechnungen auch eine hochspezialisierte Charakterisierung neuer Materialien. Mit diesen Arbeiten beteiligt sich die Gruppe unter anderem an den Arbeiten des SPP 1666 und des europäischen Projektes ERA-Chemistry der Deutschen Forschungsgemeinschaft.

Eine Auswahl publizierter Arbeiten:

• Bi₁₄Rh₃I₉ - Erster experimentell nachgewiesener schwacher 3D TI

[1] B. Rasche, A. Isaeva, M. Ruck et al., Nat. Mater. 2013, 12, 422–425.

[2] B. Rasche, A. Isaeva, A. Gerisch, M. Kaiser, W. Van den Broek, C. T. Koch, U. Kaiser, M. Ruck, Chem. Mater. 2013, 25, 2359–2364.

[3] A. Isaeva, B. Rasche, M. Ruck, Phys. Status Solidi RRL 2013, 7, 39–49.

[4] B. Rasche, A. Isaeva, M. Ruck, K. Koepernik, M. Richter, J. van den Brink, Sci. Rep. 2016, 6, 20645.

• ß-Bi₄I₄ - Ein starker 3D TI mit ausgeprägter Anisotropie und postulieter Supraleitung unter hohen Druck

[5] G. Autès, A. Isaeva, L. Moreschini, J. C. Johannsen et al., Nat. Mater. 2016, 15, 154.

[6] A. Pisoni, R. Gaál, A. Zeugner, V. Falkowski, A. Isaeva, H. Huppertz, G. Autès, O. V. Yazyev, L. Forró, Phys. Rev. B 2017, 95, 235149.

• Bi_nTeHal (n = 2,3; Hal = Br, I) - Eine Familie modularer Strukturen mit variierenden topologischen Eigenschaften in Abhängigkeit vom Bi-Anteil

[7] I. P. Rusinov, T. V. Menshchikova, A. Isaeva et al., Sci. Rep. 2016, 6, 20734.

[8] A. Zeugner, M. Kaiser, P. Schmidt, T. V. Menshchikova, I. P. Rusinov, M. Ruck, A. Isaeva et al., Chem. Mater. 2017, 29, 1321–1337.

[9] N. Avraham, A. Norris, Y. Sun, Y. Qi, L. Pan, A. Isaeva, A. Zeugner, C. Felser, B. Yan, H. Beidenkopf, arXiv:1708.09062 2017.

[10] A. Zeugner, J. Teichert, M. Kaiser, T. V. Menshchikova, I. P. Rusinov, T. Doert, M. Ruck, A. Isaeva et al., Chem. Mater. 2018, 30, 5272–5284.

• MnBi₂Te₄ - Mutmaßlich erster antiferromagnetischer topologischer Isolator

[11] M. M. Otrokov, I. I. Klimovskikh, H. Bentmann, A. Zeugner, Z. S. Aliev, S. Gaß, A. U. B. Wolter, A. V. Koroleva, D. Estyunin, A. Isaeva, et al., arXiv:1809.07389 2018.