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Information für die Wissenschaft Nr. 38 | 5. Juli 2012
Schwerpunktprogramm „Topological Insulators: Materials – Fundamental Properties – Devices“ (SPP 1666)

Der Senat der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) hat die Einrichtung des Schwerpunktprogramms „Topological Insulators: Materials – Fundamental Properties – Devices“ (SPP 1666) beschlossen. Als Laufzeit sind sechs Jahre vorgesehen.

In Deutschland und den USA gelangen kürzlich die Entdeckungen des Quanten-Spin-Hall-Effekts und der topologischen Isolatoren (TI), die eine neue Materialklasse in zwei beziehungsweise drei Dimensionen begründet haben. Topologische Isolatoren sind nur in ihrem Inneren Isolatoren und weisen elektrisch leitende, topologisch geschützte Oberflächenzustände auf.

Derzeit ist die Zahl der Materialien, für die die elektronische Bandstruktur eines TI nachgewiesen wurde, überschaubar, und nur sehr wenige Systeme zeigen experimentell nachweisbare Oberflächenzustände, obwohl die Zahl der vorhergesagten TI-Materialien beständig steigt. Das SPP 1666 soll daher einen wesentlichen Fortschritt durch die Bearbeitung der folgenden Aufgabengebiete herbeiführen:

  • Verbesserung existierender TI-Materialien Die momentan verfügbaren Materialien (Heterostrukturen von HgTe/Cd1-xHgxTe und Oberflächen von Bi1-xSbx, Bi2Te3, Bi2Se3, Sb2Te3 einschließlich ihrer ternären und quaternären Verbindungen) zeigen eine sehr kleine Bandlücke beziehungsweise eine intrinsische Dotierung, die das Volumen in ein Metall überführt. Diese Materialien sollen verbessert werden, um Anwendungen bei Raumtemperatur unter Mitwirkung des ein- beziehungsweise zweidimensionalen Oberflächenzustands zu ermöglichen. Hierzu sind Untersuchungen des Wachstums und der geometrischen und elektronischen Struktur erforderlich.
  • Grundlegende Eigenschaften und Bauelementstrukturen Die grundlegenden Eigenschaften der TI führen zu vielen außergewöhnlichen elektronischen Merkmalen wie der verbotenen Rückstreuung. Deren Untersuchung ist wesentlich, um Bauelementstrukturen und Messtechniken, insbesondere für spinabhängige Transportphänomene, zu entwickeln, die in zukünftigen elektronischen Bauteilen verwendet werden können. Hierunter fallen auch Hybridstrukturen, beispielsweise mit Supraleiter-TI-Grenzflächen.
  • Neue Materialien und Konzepte Neue Materialien (z. B. Heusler-Verbindungen, Oxide) können die Beschränkungen gegenwärtig bekannter TI-Materialien überwinden helfen sowie weitere neue Eigenschaften mit sich bringen. Innovative Konzepte, beispielsweise zum Nachweis von Majorana-Fermionen mittels TI, sollen entwickelt werden.

Das Schwerpunktprogramm soll die deutschen Forschergruppen auf dem Gebiet der zwei- und dreidimensionalen TI zusammenführen, insbesondere experimentell und theoretisch arbeitende Gruppen. Die Projekte können als Cluster mit zwei oder drei Partnern oder als Einzelprojekt mit Anbindung an andere beantragte Projekte angelegt sein.

Nicht gefördert werden Projekte zu Graphen, Metallen und Supraleitern, sofern diese nicht eine Grenzschicht mit einem topologischen Isolator aufweisen und dessen Eigenschaften klar im Vordergrund stehen. Die topologischen Eigenschaften beziehen sich streng auf elektronische Bänder, sodass topologische Aspekte von Skyrmionen und magnetischen Monopolen nicht Teil des SPP sein können.

Antragstellende werden gebeten, bis spätestens 10. August 2012 Antragsskizzen (1 Seite mit kurzer Themenbeschreibung, Zuordnung zu einem der Arbeitsgebiete, Angabe zu den Antragstellenden, Anmeldung zum Vernetzungstreffen und ggf. Postertitel; Formular unter www.helmholtz-berlin.de/topins) für die erste dreijährige Förderperiode in elektronischer Form (pdf-Format) an die DFG-Geschäftsstelle, Dr. Ellen Reister (Ellen.Reister@dfg.de), und an den Koordinator (spp1666@helmholtz-berlin.de) zu senden. Die Antragsskizze ist freiwillig und nicht bindend.

Ein freiwilliges Vernetzungstreffen mit Posterpräsentation ist für Dienstag, den 25. September 2012, in Frankfurt geplant.

Die Anträge (in englischer Sprache) über eine erste dreijährige Förderperiode können bis zum 22. Oktober 2012 bei der DFG eingereicht werden. Die Antragstellung muss in Papierform (in einfacher Ausfertigung) und auf CD-ROM erfolgen, wobei die Vorgaben der Merkblätter 50.05en und 54.01en zu berücksichtigen sind. Die Anbindung an andere beantragte Projekte sollte auf einer separaten Seite ausgeführt werden. Bitte beachten Sie, dass die elektronische Einreichung eines Antrags im Schwerpunktprogramm zurzeit noch nicht möglich ist. Um Wissenschaftlerinnen die Beteiligung an diesem Schwerpunktprogramm zu erleichtern, sind Gleichstellungsmaßnahmen geplant, über die der Koordinator gerne Auskunft gibt.

Die Begutachtung soll Montag/Dienstag, 21. und 22. Januar 2013, in Berlin erfolgen, unter Mitwirkung der Antragstellenden.

Weiterführende Informationen

Über aktuelle Entwicklungen im SPP informiert die Webseite:

Die zu verwendenden DFG-Formulare und Merkblätter sind zu finden unter:

Für inhaltliche Rückfragen steht Ihnen der Koordinator des SPP zur Verfügung:

  • Priv.-Doz. Dr. Oliver Rader,
    Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie,
    Elektronenspeicherring BESSY II,
    Albert-Einstein-Str. 15,
    12489 Berlin,
    Tel. +49 30 8062-12950,
    rader@helmholtz-berlin.de

Fragen zur Antragstellung beantworten Ihnen die DFG-Ansprechpartnerinnen:

  • Dr. Ellen Reister,
    Tel. +49 228 885-2332,
    Ellen.Reister@dfg.de
  • Motee Spanier,
    Tel. +49 228 885-2184,
    Motee.Spanier@dfg

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