Newsbeitrag

Anton Paar Wissenschaftspreis für Physik für Herrn Dr. René Hammer

 

Herr Dr. René Hammer, wissenschaftlicher Mitarbeiter am MCL, hat für seine Dissertation „Dynamics of Dirac Fermions“ den „Anton Paar Wissenschaftspreis für Physik“ der Österreichischen Physikalischen Gesellschaft (ÖPG) gewonnen. Die Dissertation ist an der Karl-Franzens Universität Graz am Institut für Physik entstanden.

Der Fachausschuss Festkörperphysik der ÖPG vergibt, den „Anton Paar Wissenschaftspreis für Physik“ für Dissertationen auf dem Gebiet der Festkörperphysik. Ziel des Preises ist die Förderung von jungen WissenschafterInnen und eine Belebung der wissenschaftlichen Aktivitäten des Fachausschusses Festkörperphysik. Der Preis wird aus Mitteln der Anton Paar GmbH finanziert. Herr Dr. Hammer erklärt seine Dissertation mit folgenden Worten:

Neue Materialien bieten neue Möglichkeiten. Die kürzlich entdeckten topologischen Isolatoren zeigen außergewöhnliche physikalische Eigenschaften und inspirieren zukünftige technische Anwendungen. Ein topologischer Isolator ist im Inneren elektrisch nichtleitend, bildet auf der Oberfläche jedoch elektrisch leitfähige Zustände aus. Ladungsträger besitzen neben der elektrischen Ladung auch einen Eigendrehimpuls oder kurz: „Spin“. Fließt nun ein Strom auf der Oberfläche eines topologischen Isolators so ist dieser vollständig spinpolarisiert, weil der Spin immer normal auf die Bewegungsrichtung der Ladungsträger steht. Dies macht den topologischen Isolator zu einem spannenden Material, insbesondere für die Spintronik [1].

Neue Materialien stellen aber auch Herausforderungen für die Simulation dar. Die Ladungsträger am topologischen Isolator sind sogenannte Dirac Fermionen und lassen sich mit der Dirac Gleichung beschreiben. Lange war das Problem von numerischen Algorithmen wie etwa der Finite-Differenzen-Methode oder der Finite-Elemente-Methode, dass bei der Diskretisierung der Dirac Gleichung zusätzliche Teilchen aufgetreten sind (man spricht vom „fermion doubling problem“). Es ist gelungen ein neues numerisches Schema zu entwickeln, welches durch die Verschachtelung des Gitters in Ort und Zeit das „fermion doubling“ vermeidet [2,3,4]. Durch die Simulation und analytische Rechnungen unterstützt, wird die Dynamik von Domänenwand-Fermionen untersucht und eine Art Interferometer, welches durch ein Gate gesteuert werden kann, vorgeschlagen [5,6].

[1] X. L. Qi and S. C. Zhang, Topological Insulators and Superconductors, Reviews of Modern Physics 83 (2011) 1057-1110, und die dort zitierte Literatur.
[2] R. Hammer, W. Pötz, A. Arnold, Single-cone real-space finite difference scheme for the time-dependent Dirac equation, Journal of Computational Physics 265 (2014) 50-70.
[3] R. Hammer, W. Pötz, Staggered grid leap-frog scheme for the (2+1)D Dirac equation, Computer Physics Communications 185 (2014) 40-52.
[4] R. Hammer, W. Pötz, A. Arnold, A dispersion and norm preserving finite difference scheme with transparent boundary conditions for the Dirac equation in (1+1)D, Journal of Computational Physics 256 (2014) 728-747.
[5] R. Hammer, W. Pötz, Dynamics of domain-wall Dirac fermions on a topological insulator: A chiral fermion beam splitter, Physical Review B 88 (2013), 235119.
[6] R Hammer, C Ertler, W Pötz, Solitonic Dirac fermion wave guide networks on topological insulator surfaces, Applied Physics Letters 102 (2013) 193514.

 

Die Preisverleihung fand im Rahmen der 64. Jahrestagung der Österreichischen Physikalischen Gesellschaft im September in Pöllau statt.

Wir gratulieren Herrn Dr. Hammer herzlich zu dieser Auszeichnung!

 

Bildbeschreibung:
Links: Dr. René Hammer, MCL
Mitte: Univ.- Prof. Dr. Peter Hadley, Institutsleiter des Institutes für Festkörperphysik, TU Graz
Rechts: Univ.-Prof. Dr. Wolfgang Ernst, Dekan der Fakultät für Technische Mathematik und Technische Physik, TU Graz, und Präsident der ÖPG