Das Institut für Topologische Isolatoren
„Wir haben 2006 im Labor etwas beobachtet, von dem wir schon damals wussten, dass es etwas Größeres ist“, sagt Professor Laurens W. Molenkamp, Inhaber des Lehrstuhls für Experimentelle Physik III an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg. Die Existenz topologischer Isolatoren wurde 2007 von Molenkamp nachgewiesen.
Topologische Isolatoren sind eine neue Materialklasse mit einzigartigen elektrischen Eigenschaften. Diese Materialien leiten Elektronen nur an der Oberfläche und entsprechen ansonsten einem konventionellen Isolator. Zusätzlich weisen die elektronischen Oberflächenzustände abhängig von der Bewegungsrichtung eine feste Spin-Polarisation (Magnetisierung) auf, wodurch sie ein großes Potential für neuartige elektronische Bauelemente sowohl im Bereich der Spintronik als auch für die Realisierung von Quantencomputern haben.
Neue Materialien mit enormem Potenzial
„Topologische Materialien zeigen eine total neue Physik. Mit unserem neuen Labor sind wir in der Lage, Materialien in höchster Qualität herzustellen, deren Oberflächen zu charakterisieren und deren Eigenschaften zu messen. Wir können dort ganz neue Experimente durchführen und spannende Entdeckungen machen“, sagt Molenkamp.
Die Forschung zu topologischen Isolatoren hat sich in den vergangenen Jahren zu einem der aktivsten Felder im Bereich der Physik neuer Materialien entwickelt. Diese Technologie bietet großes Potenzial für Informations- und Kommunikationsanwendungen sowie für die allgemeine Entwicklung der heutigen Informationsgesellschaft. Daher widmen sich international viele renommierte Forschungsgruppen und selbst Firmen wie Microsoft der Entwicklung von elektronischen Bauelementen auf Basis von topologischen Isolatoren.
Das Institut für Topologische Isolatoren: Grundstein für neue Forschung
An dieser Stelle setzt das Konzept zu einem Institut für Topologische Isolatoren (ITI) an. Die gegenwärtige Vorreiterrolle der Arbeitsgruppe von Professor Molenkamp auf diesem Gebiet soll durch ein neues Forschungsinstitut mit modernster und weltweit einzigartiger Technologie gefestigt werden. Des Weiteren soll durch die Einrichtung von schlagkräftigen Forschungsgruppen die internationale Wettbewerbsfähigkeit der Universität Würzburg weiter ausgebaut werden.
An dem Institut werden zukünftig die Forschungsgebiete der Materialherstellung, Analyse und lithographischen Strukturierung als Grundlage für die Bauelemententwicklung in einem Forschungsgebäude zusammengeführt. Durch die Verbindung sämtlicher Technologie-Teilbereiche mittels eines Ultra-Hoch-Vakuum-Transfersystems wird die Möglichkeit geschaffen, topologische Isolatoren in einer bisher nicht erreichten und weltweit einzigartigen Reinheit vom Wachstum bis zum Bauelement zu führen. Dies ist insbesondere aufgrund der empfindlichen, funktionalen Oberflächen ein entscheidender Innovationsvorsprung.
Hightech-Materialien und Infrastruktur
Derzeitig stehen der Arbeitsgruppe mehrere Molekularstrahl-Epitaxy-Kammern in einem Clusterverbund für das Wachstum von topologischen Isolator-Materialien zur Verfügung. Analyseapparaturen und modernste Lithographie-Systeme sind ebenfalls vorhanden und tragen zum Erfolg und Fortschritt der Forschung bei. Am Institut für Topologische Isolatoren (ITI) werden nun erstmalig sämtliche Einheiten über ein erweitertes Ultra-Hochvakuum-Transfersystem zusammengeführt, wodurch eine weitere Steigerung der Probenqualität und der Bauelementeffizienz zu erwarten ist.
Idealer Ort für experimentierfreudige Doktoranden und Postdocs
Das ITI bietet somit jungen Forschern und Postdocs die Möglichkeit, auf einem hochaktuellen Gebiet der Halbleiter- und Festkörperphysik zu arbeiten und Erfahrungen in einem weiten Bereich der Materialherstellung, Analyse und Bauelemententwicklung zu sammeln.
Mit der Gründung des ITI und den damit einhergehenden Fördermitteln ist die Arbeitsgruppe auf ca. 80 Mitarbeiter angewachsen, bestehend aus vier Professoren, 14 Postdocs und etwa 30 Doktoranden, ergänzt durch Master- und Bachelor-Studenten sowie internationale Projekt-Studenten.
Internationale Zusammenarbeit mit strategischen Partnern
Die Aufstellung der Arbeitsgruppe ist international orientiert und führt zurzeit zwölf Nationalitäten aus Europa, Asien, Nord- und Südamerika sowie Afrika zusammen. Darüber hinaus unterhält sie enge Kooperationen mit renommierten Universitäten und Forschungsinstituten in den USA, Japan, Frankreich, Italien, Israel, China und Taiwan.
