BESSY II: Experimenteller Nachweis einer exotischen Quantenphase in Au2Pb
Die Abbildung zeigt die gemessene Energie-Impuls-Beziehung für Au2Pb. Das lineare Verhalten ist der Nachweis für ein Dirac-Semimetall. Zusätzlich wird ein Lifshitz-Übergang beobachtet: Bei Temperaturen 223 K und darunter verhalten sich die Elektronen wie positiv geladene Teilchen, bei Raumtemperatur dagegen wie negativ geladene. © HZB
Ein Team am HZB hat die elektronische Struktur von Au2Pb an BESSY II durch winkelaufgelöste Photoemissionsspektroskopie über einen weiten Temperaturbereich untersucht: Die Ergebnisse zeigen die elektronische Struktur eines dreidimensionalen topologischen Dirac-Semimetalls und stehen im Einklang mit theoretischen Berechnungen.
Die experimentellen Daten zeigen die charakteristische Signatur eines Lifshitz-Übergangs. Die Studie erweitert die Palette der derzeit bekannten Materialien, die dreidimensionale Dirac-Phasen aufweisen. Außerdem zeigt der beobachtete Lifshitz-Übergang einen praktikablen Mechanismus auf, mit dem die Ladungsträgerart bei der Stromleitung umgeschaltet werden kann, ohne dass das Material mit Fremdatomen dotiert werden müsste. Zudem wird das Au2Pb als Kandidat für die Realisierung eines topologischen Supraleiters interessant.
Die Studie, die auch theoretische Rechnungen aus San Sebastian und Materialsynthese aus Princeton umfasst, wurde in der Zeitschrift Physical Review Letters als "Editor's Suggestion" ausgewählt.
- Neues Instrument bei BESSY II: Die OÆSE-Endstation in EMILAn BESSY II steht nun ein neues Instrument zur Untersuchung von Katalysatormaterialien, Batterieelektroden und anderen Energiesystemen zur Verfügung: die Operando Absorption and Emission Spectroscopy on EMIL (OÆSE) Endstation im Energy Materials In-situ Laboratory Berlin (EMIL). Ein Team um Raul Garcia-Diez und Marcus Bär hat die Leistungsfähigkeit des Instruments an elektrochemisch abgeschiedenem Kupfer demonstriert.
- Grüner Wasserstoff: Käfigstruktur verwandelt sich in effizienten KatalysatorClathrate zeichnen sich durch eine komplexe Käfigstruktur aus, die auch Platz für Gast-Ionen bietet. Nun hat ein Team erstmals untersucht, wie gut sich Clathrate als Katalysatoren für die elektrolytische Wasserstoffproduktion eignen. Das Ergebnis: Effizienz und Robustheit sind sogar besser als bei den aktuell genutzten Nickel-basierten Katalysatoren. Dafür fanden sie auch eine Begründung. Messungen an BESSY II zeigten, dass sich die Proben während der katalytischen Reaktion strukturell verändern: Aus der dreidimensionalen Käfigstruktur bilden sich ultradünne Nanoblätter, die maximalen Kontakt zu aktiven Katalysezentren ermöglichen. Die Studie ist in „Angewandte Chemie“ publiziert.
- Elegantes Verfahren zum Auslesen von Einzelspins über PhotospannungDiamanten mit spezifischen Defekten können als hochempfindliche Sensoren oder Qubits für Quantencomputer genutzt werden. Die Quanteninformation wird dabei im Elektronenspin-Zustand der Defekte gespeichert. Allerdings müssen die Spin-Zustände bislang optisch ausgelesen werden, was extrem aufwändig ist. Nun hat ein Team am HZB eine elegantere Methode entwickelt, um die Quanteninformation über eine Photospannung auszulesen. Dies könnte ein deutlich kompakteres Design von Quantensensoren ermöglichen.