Probing predicted topological surface states of correlated transitionmetal oxides

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Ziel des Projekts aus dem Bereich Neue Materialien und Konzepte ist die Synthese und Identifikation erster oxidischer korrelierter topologischer Isolatoren. Um dieses ambitionierte Ziel zu erreichen, kombinieren wir unsere Erfahrungen in der Züchtung hochwertiger Einkristalle und Dünnfilme mit der in atomar aufgelöster Rastertunnelmikroskopie und Spektroskopie inklusive Oberflächendeposition und Laserlichtanregung. An der Universität Augsburg synthetisieren wir Einkristalle von HonigwabenÜbergangsmetalloxiden A2TO3 mit A=Na, Li und T=Ir oder Rh sowie Dünnfilme von geordneten Doppelperovskitiridaten auf Basis von SrIrO3. Um Honigwabenmaterialen in einen korrelierten topologischen Isolatorzustand zu treiben, kontrollieren wir das Verhältnis der Stärke der Korrelationen zur Hüpfwahrscheinlichkeit durch Na-Li und Ir-Rh Substitutionen. Für das Perovskit SrIrO3 wird ein Zickzackpotential für die Realisierung eines topologischen Isolatorzustands benötigt. Dies wird in epitaktischen Dünnfilmen des geordneten Doppelperovskits Sr2IrTO6 (T=Co oder Rh) auf (111) SrTiO3 Substrat realisiert. An der Universität Göttingen führen wir eine detaillierte Untersuchung der Oberflächenstruktur und elektronischen Eigenschaften mittels Rastertunnelmikroskopie und Spektroskopie (STM und STS) mit atomarer Auflösung bei tiefen Temperaturen durch. Einkristalle werden im Ultrahochvakuum (UHV) gespalten, während Dünnfilmoberflächen durch Ausheizen im UHV gereinigt werden. Um Tunneln bei sehr tiefen Temperaturen (4 K) zu ermöglichen, wird Laseranregung geringer Intensität verwandt. Laseranregung großer Intensität verwenden wir zur Verschiebung spektralen Gewichts und zur Untersuchung der elektronischen Struktur im photoangeregten Zustand. Zusätzlich werden wir in-situ Na, Li oder K Atome auf der Oberfläche verdampfen, welches (i) eine Füllung der leeren Atompositionen auf der rekonstruierten Oberfläche und (ii) eine effektive Dotierung mit Elektronen ermöglicht.