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Matthias Köpf

• Diese Arbeit befasst sich mit den optischen Eigenschaften des magnetischen topologischen Isolators MnBi2Te4, welcher als einer der wichtigsten Vertreter dieser Materialklasse und als vielversprechende Plattform für die Realisierung von seltenen quantenmechanischen Zuständen gilt. Die Sb-substituierte Variante Mn(Bi1−xSbx)2Te4 wurde anschließend eingeführt und ermöglicht die Optimierung eines idealen topologischen Isolator-Zustands und einhergehender potenzieller Phänomene wie des Quanten-Anomalen-Hall-Effekts. Denn mit einem ansteigenden Sb-Anteil finden einige Modifikationen in den elektronischen Eigenschaften statt, wie das Verschieben des Fermi-Niveaus zwischen Leitungs- und Valenzband und der Wechsel der freien Ladungsträgerart. Zudem wird eine Verringerung der antiferromagnetischen Übergangstemperatur TN festgestellt. Mithilfe von optischer Spektroskopie werden die elektronischen Eigenschaften dieser Verbindungen unter extremen Bedingungen untersucht, um mögliche Nachweise derDiese Arbeit befasst sich mit den optischen Eigenschaften des magnetischen topologischen Isolators MnBi2Te4, welcher als einer der wichtigsten Vertreter dieser Materialklasse und als vielversprechende Plattform für die Realisierung von seltenen quantenmechanischen Zuständen gilt. Die Sb-substituierte Variante Mn(Bi1−xSbx)2Te4 wurde anschließend eingeführt und ermöglicht die Optimierung eines idealen topologischen Isolator-Zustands und einhergehender potenzieller Phänomene wie des Quanten-Anomalen-Hall-Effekts. Denn mit einem ansteigenden Sb-Anteil finden einige Modifikationen in den elektronischen Eigenschaften statt, wie das Verschieben des Fermi-Niveaus zwischen Leitungs- und Valenzband und der Wechsel der freien Ladungsträgerart. Zudem wird eine Verringerung der antiferromagnetischen Übergangstemperatur TN festgestellt. Mithilfe von optischer Spektroskopie werden die elektronischen Eigenschaften dieser Verbindungen unter extremen Bedingungen untersucht, um mögliche Nachweise der topologischen Oberflächenzustände in den optischen Anregungen zu verifizieren. Dabei sind die Ergebnisse in drei Teile gegliedert. Zunächst werden verschiedene Vertreter der Mn(Bi1−xSbx)2Te4-Familie mit unterschiedlichen Sb-Anteilen x untersucht und miteinander verglichen. Diesbezüglich liegt das Hauptaugenmerk auf den niederenergetischen Anregungen, demnach jenen nahe dem Fermi-Niveau. Bei der Betrachtung der optischen Größen, wie der optischen Leitfähigkeit, kann man starke Änderungen im metallischen Charakter erkennen, wobei bei der Konzentration x = 0,26, wie zu erwarten, der kleinste Beitrag an Anregungen freier Ladungsträger festgestellt wird. Genau für diesen Substitutionsgrad wird außerdem eine starke Positionsabhängigkeit der optischen Antwort nachgewiesen. Im zweiten Teil werden die Ergebnisse der Tieftemperaturmessungen einer x = 0,93 Probe vorgestellt, unter Berücksichtigung der Ergebnisse der, zuvor im Rahmen meiner Masterarbeit gemessenen, reinen MnBi2Te4-Probe. In dieser Messreihe wird eine potenzielle Auswirkung der einsetzenden antiferromagnetischen Ordnung auf die optischen Funktionen thematisiert. Nahe der Übergangstemperatur TN können optische Anomalien in den experimentellen Parametern festgestellt werden, was eine Korrelation der eintretenden magnetischen Ordnung und der elektronischen Bandstruktur impliziert. Zuletzt betrachten wir die Auswirkungen von externem Druck auf die optischen Anregungen einer reinen MnBi2Te4 und einer x = 0,26 Probe. Dabei werden drei grundlegende Erkenntnisse gewonnen. In optischen Parametern der reinen Probe, wie der abgeschirmten Plasmafrequenz oder der Reflexionsgradentwicklung bei festen Wellenzahlen, wurden Anomalien nahe 2 und 4 GPa nachgewiesen, welche vermutlich auf einen topologisch elektronischen Phasenübergang zurückzuführen sind. Dieser wird wiederum durch verstärkte strukturelle Wechselwirkungen benachbarter Schichten hervorgerufen. Des Weiteren kann eine Verringerung der optischen Energielücke beobachtet werden. Diese wäre konsistent mit der Verkleinerung der Bandlücke, welche in anderen Publikationen festgestellt wurde. Außerdem demonstrieren beide untersuchten Verbindungen eine druckabhängige Abnahme der Anregungen freier Ladungsträger, welche auf eine Abschwächung des metallischen Charakters hindeutet. Diese könnte durch die Lokalisierung von Leitungselektronen im Zuge einer wachsenden Hybridisierungslücke begründet werden.…