Topologisch chirale & intrinsisch chirale (Nano)materialien: Elektronischer Transport & Optoelektronik


Chirale Systeme existieren in zwei Formen (Enatiomere), welche Spiegelbilder von einander sind, d.h., diese können nur durch eine Paritätsoperation in Übereinstimmung gebracht werden. Chriale Strukturen brechen damit die Raumumkehrsymmetrie (Parität). Wird zusätzlich noch Zeitumkehrsymmetrie gebrochen durch z.B. Anlegen eines Magnetfeldes zeigen solche Materialien bi-lineare Anisotropien in ihren Eigenschaften, wie z.B. dem spezifischen elektrischen Widerstand oder der dielektrischen Funktion. Diese sogenannten magnetochiralen Anisotropien werden umso stärker je mehr die mit einer Eigenschaft verbundenen Teilen (z.B. Elektronen und elektrischer Widerstand, usw.) die chirale Struktur erfahren (vgl. Ausdehnung der Wellenfunktion vs. charakteristische chirale Längenskala). 

In der Natur treten intrinsisch chirale Strukturen in vielfältiger Weise auf, z.B. Moleküle, DNS, usw., deren chirale Strukture jedoch festgelegt und ist damit auf natürliche Weise begrenzt. Sogenannte toplogisch chirale Strukturen stellen jedoch eine vollkomme neue Quelle für chirale nanoskalige Materialien dar. Das Grundprinzip ist nicht-chirale Materialien in eine chirale Form auf der Nanoskala zu bringen. Toplogisch chirale Nanomaterialien können auch als eine Unterklasse von Metamaterialien angesehen werden, welche für ihre unkonventionellen nicht-materialintrinsischen Eigenschaften, wie z.B. negativer Brechungsindex, bekannt sind.

 

Unsere Forschungstätigkeiten richten sich zur Zeit hauptsächlich auf die Untersuchung des elektronischen und Spin-Transport sowie auf optoelektronische Effekte in nanometer großen toplogisch chiralen elementaren Metallen (Edelmetalle, Ferromagneten und Supraleiter). Dazu werden diese Metalle auf der Nanoskala in wohldefinierte einzelne Helizes geformt mittels physikalischen Wachstumsmethoden.  Die fundamentalen Eigenschaften von derartigen Metalsystemen, welche durch ihre einzigartige helikale, chirale Struktur auf der Nanoskala bestimmt werden, werden mittels elektrischer Transport- und Optikexperimente in statischen und transienten Magnetfeldern untersucht. Spezifisch werden die Nanohelizes untersucht in Bezug auf ihre Operation als plasmonische (optische) Antennen und ihre magnetochiralen Eigenschaften im elektrischen Transport und optischer Reflexion/Transmission auch in Hinblick auf die Ausbildung von korrelierten ferromagnetischen und supraleitenden Zuständen. All dies in Abhängigkeit von Ganghöhe, Durchmesser und Material aus welchem die Nanohelix besteht.  Diese Eigenschaften werden in Hinblick auf ihre Nutzbarkeit in und Schaffung von neuartigen elektronischen und optoelektronischen Technologieplatformen ausgewertet und weiterentwickelt.

Stichworte: chiral, topologisch chiral, Nanohelix, Metall, Magnetochirale Anisotropie,

                elektrischer Transport, Optische Antenne, Magnetotransport, Magnetooptik

Themenverwandte Publikationen:

 

C. Train, R. Gheorghe, V. Krstić, L.M. Chamorea, N.S. Ovanesyan, G.L.J.A. Rikken, M. Gruselle, M. Verdaguer

“Strong magneto-chiral dichroism in enantiopure chiral ferromagnets”

Nature Materials 7, 729 (2008)

 

B.A. van Tiggelen, G.L.J.A. Rikken, V. Krstić

“Momentum transfer from quantum vacuum to magnetoelectric matter”

Phys. Rev. Lett. 96, 130402 (2006)

 

G.L.J.A. Rikken, B.A. van Tiggelen, V. Krstić, G. Wagnière

‘Light induced dynamic magnetochiral anisotropy”

Chem. Phys. Lett. 403, p. 298-302 (2005)

 

V. Krstić, G. Wagnière, G.L.J.A. Rikken

“Magneto-dynamics of chiral carbon nanotubes”

Chem. Phys. Lett. 390, p. 25-28 (2004)

 

 

V. Krstić, S. Roth, M. Burghard, K. Kern, G.L.J.A. Rikken

“Magneto-chiral anisotropy in charge transport through single-walled carbon nanotubes”

J. Chem. Phys. 117 , p. 11315-11319 (2002)

 

S. Roth, V. Krstić, G.L.J.A. Rikken

“Quantum transport in carbon nanotubes”

Curr. Appl. Phys. 2, p. 155-161 (2002)

 

V. Krstić, G.L.J.A. Rikken

“Magneto-chiral anisotropy of the free electron on a helix”

Chem. Phys. Lett. 364, p. 51-56 (2002)

 

G.L.J.A. Rikken, E. Raupach, V. Krstić, S. Roth

“Magnetochiral anisotropy”

Molec. Phys. 100, p. 1155-1160 (2002)

Projekte

Beteiligte Wissenschaftler

Publikationen