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Theory of Photocurrents in Topological Insulators
Junck, Alexandra

Main titleTheory of Photocurrents in Topological Insulators
Title variationsTheorie der Photoströme in Topologischen Isolatoren
Author(s)Junck, Alexandra
Place of birth: Berlin
1. RefereeProf. Felix von Oppen
Further Referee(s)Prof. Martin Weinelt
Keywordscondensed matter physics; topological insulators; photocurrents; photogalvanic effects
Classification (DDC)530 Physics
SummaryTopologische Isolatoren beschreiben eine neue Phase der Materie, welche eine Bandlücke im Volumen, an der Oberfläche jedoch metallische Zustände aufweist. Bestrahlt man einen topologischen Isolator mit Licht, erwartet man, dass die helikalen Oberflächenzustände zu einzigartigen Photoströmen führen. Photoströme auf der Oberfläche sind spinpolarisiert. Die Möglichkeit spinpolarisierte Ströme zu kontrollieren könnte topologische Isolatoren zu wertvollen Materialien für Spintronikanwendungen machen. Außerdem ließe sich mit Photoströmen die dynamischen Eigenschaften von topologischen Isolatoren untersuchen.

In der vorliegenden Arbeit untersuchen wir die Theorie der Anregung und Relaxation von Photoströmen in topologischen Isolatoren. Zuerst untersuchen wir die Anregung von Photoströmen in einem Modell nur für die Oberflächenzustände und finden, dass die minimale Kopplung zwischen Licht und Elektronen zu keinem Strom führt, sondern man die kleine Zeeman-Kopplung betrachten muss.

Photoströme wurden experimentell auf der Oberfläche von topologischen Isolatoren mit Laserenergien gemessen, welche die Bandlücke übersteigen. Wir erweitern daher unser Modell und betrachten zusätzlich die niederenergetischen Volumenzustände. Wir finden, dass Übergänge zwischen Volumen- und Oberflächenzuständen durch Photonenabsorption zu Photoströmen führen können, welche die Ströme im reinen Oberflächenmodell um mehrere Größenordnungen übersteigen.

Schließlich betrachten wir die Relaxation von Photoströmen durch Elektron-Elektron Streuung. Während Strom in Systemen mit quadratischer Dispersion durch solche Streuprozesse nicht relaxiert, wird Strom in den Dirac-Oberflächenzuständen davon beeinflusst. Wir untersuchen ein einzelnes angeregtes Elektron-Loch-Paar und analysieren, wie sich Streuprozesse auf den Elektronen- und Lochstrom auswirken. Wir zeigen, dass die einzelnen Effekte stark von der Fermienergie abhängen und der Elektronenstrom sich für positive Fermienergie sogar erhöht. Die Relaxation des Photostroms, der durch ein Elektron-Loch-Paar produziert wird, ist dadurch stark verlangsamt.
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PDF-Datei von FUDISS_thesis_000000099228
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Number of pagesIX, 145 S.
FU DepartmentDepartment of Physics
Year of publication2015
Document typeDoctoral thesis
Media type/FormatText
LanguageEnglish
Terms of use/Rights Nutzungsbedingungen
Date of defense2015-04-29
Created at2015-05-04 : 07:10:18
Last changed2015-05-18 : 11:06:21
 
Static URLhttp://edocs.fu-berlin.de/diss/receive/FUDISS_thesis_000000099228
NBNurn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000099228-2
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