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Neues EU-Forschungsprojekt zu topologischen Isolatoren

19.11.2018

Im Rahmen des EU-Forschungsprogramms „Future Emerging Technologies (FET)“ beteiligt sich die PTB an einem Projekt, in dem Möglichkeiten der neuen Materialklasse der topologischen Isolatoren für zukünftige technologische und metrologische Anwendungen ausgelotet werden.

 

Topologische Isolatoren zeichnen sich dadurch aus, dass elektronischer Transport bei bestimmten Kristallen nicht in deren Innerem, sondern nur an der Oberfläche stattfindet. Ohne Störung durch Streuvorgänge („topologisch geschützt“) ist der Transport dort dissipationslos. Das könnte u.a. dazu genutzt werden, die sogenannte „interconnect Krise“ in höchstintegrierten elektronischen Schaltkreisen zu lösen: schon jetzt führen hohe Stromdichten in den Verbindungsleitungen (interconnects) solcher Schaltungen zu unerwünschten Erwärmungseffekten, die deren Funktion beeinträchtigen. Bei weiterer Integration werden dadurch massive Probleme erwartet. Verbindungskanäle aus topologischem Material („TOpological CHAnnels“) sind daher der Hauptaspekt, der in dem neuen FET-Projekt TOCHA untersucht werden soll, das mit einem Fördervolumen von 5 Millionen Euro über fünf Jahre läuft und vom Institut IC2N in Barcelona koordiniert wird.

Ein anderer Aspekt ist die Eigenschaft ferromagnetischer topologischer Isolatoren, auch ohne ein äußeres Magnetfeld einen quantisierten Halleffekt zu zeigen, den sogenannten quantisierten anomalen Hall-Effekt (QAHE). Dieser Aspekt ist für die PTB von besonderem Interesse, und die Mitwirkung in einem Konsortium, in dem mit der Universität Würzburg auch eines der in der Materialentwicklung weltweit führenden Institute vertreten ist, bietet die große Chance, die Möglichkeiten des QAHE auszuloten. Umgekehrt waren es die besonders präzisen Messmöglichkeiten der PTB, die sie als Partner des Konsortiums attraktiv machte, da die präzise Charakterisierung des elektronischen Transports auch unter nicht-metrologischen Aspekten eine große Rolle spielt.

Ein wichtiger strategischer Aspekt des EU Programms „FET-Proactive: emerging paradigms and communities“, in dessen Rahmen das Projekt TOCHA gefördert wird, soll nicht unerwähnt bleiben: gemäß seinem Untertitel zielt das Programm nicht nur auf völlig neue wissenschaftlich-technische Paradigmen, sondern auch auf eine Förderung der Kooperation wissenschaftlicher Gruppen, die bisher wenig durch gemeinsam Ziele verbunden waren. Auch für die PTB ist dieser Aspekt von großer Bedeutung.