Controle over de bulk bandkloof en de fazeovergang in topologische isolatoren door combinatie van topologische isolatoren met triviale isolatoren.

Recent werd het gevestigde onderscheid tussen isolatoren en geleiders teniet gedaan door de bijzondere ontdekking van topologische isolatoren. Deze materialen zijn isolatoren in hun bulk, maar geleiders aan hun oppervlakken. Ze krijgen veel aandacht omwille van de exotische fysica die ermee gepaard gaat, de interessante toepassingen die mogelijk zouden zijn in spintronica en quantum computers en de mogelijkheid om Majorana fermionen (fermionen die hun eigen antideeltjes zijn) te creëren in deze materialen.Bij de weinige gekende topologische isolatoren hebben we een betere controle nodig over de bandkloof: de meeste topologische "isolatoren" zijn namelijk licht geleidend in hun bulk, wat in de weg staat van de toepassingen. Een mogelijke manier om dit te verhelpen zou kunnen zijn via het combineren van topologische isolatoren met normale isolatoren. Dit laat ook toe de faseovergang tussen de topologische en de normale isolatoren te bestuderen, die op dit moment controversieel is. Tot nu toe werden zo'n gemengde kristallen onderzocht met technieken die enkel informatie geven over de gemiddelde structuur, niet de lokale structuur. Ons voorafgaand onderzoek toont echter dat er wel degelijk lokale orde bestaat tussen de ionen in verschillende van deze kristallen. Dit zal een aanzienlijk effect hebben op de elektronische eigenschappen en op die te optimaliseren bulk bandkloof.Wij zullen de lokale ordening bepalen in specifieke gemengde topologische - triviale isolatoren. We zullen hiertoe state-of-the-art transmissie elektronenmicroscopie technieken gebruiken die ons toelaten de posities en de aard van de atomen tot op atomaire schaal te bepalen. De opgeloste structuren zullen gebruikt worden om de elektronische bandstructuren te bepalen aan de hand van Density Functional Theory berekeningen. Dit geeft ons fundamentele kennis over het mechanisme van de topologische faseovergang tussen topologische en triviale isolatoren en de mogelijkheid om de elektronische eigenschappen te optimaliseren.

Trefwoorden:TOPOLOGISCHE ISOLATOREN, ATOMISCHE SCHAALORDE, TOPOLOGISCHE FASEOVERGANG, VERBODEN ZONE, BANDKLOOF, ENERGIEKLOOF

Disciplines:Fysica van gecondenseerde materie en nanofysica