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2014-11-13 | Corporate

Ehrwürdige „Dirac-Fermionen“

Jedes Jahr vergibt Anton Paar zwei Preise – einen für Physik und einen für Chemie – und ehrt damit junge Wissenschaftler für ihre Leistungen. Der Anton-Paar-Wissenschaftspreis für Physik 2014 geht an Dipl.-Ing. Dr. René Hammer. Mit dem Preis wird seine Dissertation "Dynamics of Dirac Fermions" (Institut für Festkörperphysik, Karl-Universität Graz) ausgezeichnet.

Um was geht es in der mit dem Anton-Paar-Wissenschaftspreis für Physik ausgezeichneten Dissertation? Der junge Physiker erklärt es uns:

Ein Isolator ist ein Material, welches den elektrischen Strom nicht leitet. Lange Zeit hat man gedacht, mit dieser Definition alle Isolatoren beschreiben zu können. Kürzlich hat sich aber herausgestellt, dass dies nicht möglich ist, sondern es vielmehr zwei verschiedene Isolatoren gibt: gewöhnliche Isolatoren, zu denen auch das Vakuum zählt, und topologisch nichttriviale Isolatoren. Letztere besitzen auf der Oberfläche so genannte durch Zeitumkehr geschützte Zustände. Diese führen zu einer dünnen elektrisch leitfähigen Schicht auf der Oberfläche, die sich wie eine Projektion aus dem Inneren des Materials heraus bildet und sich daher nicht einfach durch Einwirkung auf die Oberfläche zerstören lässt. Wenn man etwa Material abträgt, verschwinden die leitfähigen Zustände nicht, sondern sitzen auf der neu gebildeten Oberfläche. Der Strom auf der Oberfläche wird durch so genannte Dirac-Fermionen getragen. Durch deren speziellen Eigenschaften geht mit einem Strom auch immer eine Magnetisierung der Oberfläche einher. Um die besonderen Eigenschaften der Dirac-Fermionen am topologischen Isolator effizient zu simulieren, wurde im Rahmen der genannten Dissertation ein spezielles numerisches Verfahren entwickelt. Bisher sind bei der Simulation von Dirac-Fermionen mit z. B. finiten Differenzen-Schemen zusätzliche unerwünschte Teilchen aufgetreten. Durch eine Verschachtelung in Ort und Zeit konnte dieses so genannte „fermion doubling“ vermieden werden. Durch die Simulation gestützt konnte etwa die Dynamik von speziellen elektrischen Einbahnkanälen am topologischen Isolator untersucht und elektrische Netzwerke dieser so genannten Domänenwand-Fermionen vorgeschlagen werden. Diese könnten neben neuen Erkenntnissen in der Festkörperphysik etwa neue Möglichkeiten für Energie sparende Bauteile und Sensoren bieten.

Wir gratulieren Dr. René Hammer und wünschen ihm viel Freude und weiterhin viel Erfolg bei seinen Forschungen und im Berufsleben.

Zur Person:
2003-2010: Diplomstudium technische Physik an der TU-Graz, Diplomarbeit: „Quantum-Quench in N-Chain Luttinger Liquids“, Betreuung: Prof. Dr. Enrico Arrigoni
2010-2013: Doktoratsstudium Physik an der KFU-Graz, Doktorarbeit: „Dynamics of Dirac Fermions“, Betreuung: Prof. Dr. Walter Pötz
2014- lfd.: Wissenschaftlicher Mitarbeiter mit Schwerpunkt Simulation am Materials Center Leoben (MCL)
Derzeitige Forschungsschwerpunkte: Simulation von thermischem Transport und thermomechanischen Spannungen, Materialmodelle, Schädigungs- und Bruchmechanische Konzepte in der Mikroelektronik, Ausbreitung von Ultraschall im Festkörper.