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Markus Krottenmüller

• In dieser Arbeit werden die experimentellen Ergebnisse optischer Studien verschiedener topologischer Dirac Materialien präsentiert. Dabei wurden speziell die Dirac nodal line Materialien der ZrXY Familie unter chemischem und externem Druck untersucht, sowie das Weyl Typ-II Halbmetall WTe2 unter externem Druck und tiefen Temperaturen. Mithilfe optischer Reflexionsspektroskopie der Verbindungen ZrXY mit X = Si, Ge und Y = S, Se, Te über einen breiten Frequenzbereich wurde die Auswirkung des chemischen Drucks innerhalb dieser Materialfamilie untersucht. Es zeigte sich eine charakteristische optische Leitfähigkeit aller gemessener Verbindungen, nämlich eine U-Form bei mittleren Energien, mit Ausnahme von ZrSiTe. Da auf bandselektive Berechnungen der optischen Leitfähigkeit dieser Materialien zurückgegriffen werden konnte, konnte der Ursprung dieser U-Form in der Bandstruktur von ZrXY zugeordnet werden. Dabei stammt die wie 1/w abfallende Flanke der U-Form von Übergängen innerhalb einerIn dieser Arbeit werden die experimentellen Ergebnisse optischer Studien verschiedener topologischer Dirac Materialien präsentiert. Dabei wurden speziell die Dirac nodal line Materialien der ZrXY Familie unter chemischem und externem Druck untersucht, sowie das Weyl Typ-II Halbmetall WTe2 unter externem Druck und tiefen Temperaturen. Mithilfe optischer Reflexionsspektroskopie der Verbindungen ZrXY mit X = Si, Ge und Y = S, Se, Te über einen breiten Frequenzbereich wurde die Auswirkung des chemischen Drucks innerhalb dieser Materialfamilie untersucht. Es zeigte sich eine charakteristische optische Leitfähigkeit aller gemessener Verbindungen, nämlich eine U-Form bei mittleren Energien, mit Ausnahme von ZrSiTe. Da auf bandselektive Berechnungen der optischen Leitfähigkeit dieser Materialien zurückgegriffen werden konnte, konnte der Ursprung dieser U-Form in der Bandstruktur von ZrXY zugeordnet werden. Dabei stammt die wie 1/w abfallende Flanke der U-Form von Übergängen innerhalb einer effektiven "nodal plane" und sie wird von einem spitzen Beitrag begrenzt, der von Übergängen zwischen fast parallelen Bändern stammt. Außerdem wurde herausgefunden, dass die Energieposition dieses Beitrags von der Zwischenschichtbindungsstärke abhängt. Für ZrSiTe zeigen optische Reflexionsmessungen und Raman Messungen unter hydrostatischem Druck bis 10 GPa Anomalien in mehreren Parametern bei ca. 4 und 6.5 GPa. Unterstützende XRD Messungen konnten dabei strukturelle Phasenübergänge ausschließen. Durch Rückgriff auf DFT Bandstruktur Berechnungen unter hydrostatischem Druck konnten Änderungen in der Topologie der Fermifläche bei den oben genannten kritischen Drücken identifiziert werden. Dies sind insgesamt starke Indizien für zwei Lifshitz Übergänge in ZrSiTe unter hohen Drücken. Dennoch wurde die charakteristische U-Form der optischen Leitfähigkeit auch beim höchsten gemessenen Druck nicht beobachtet, aber der spitze Beitrag aufgrund der parallelen Bänder konnte auch für ZrSiTe zugeordnet werden. Optische Reflexionsmessungen unter hohem Druck und bei tiefen Temperaturen an WTe2 zeigen ebenfalls zwei Anomalien in mehreren optischen Parametern. Durch Vergleich mit Literaturdaten wurden diese einem elektronischem und einem strukturellen Phasenübergang in WTe2 unter hydrostatischem Druck zugeordnet. Des Weiteren wird ein markanter Transfer von spektralem Gewicht von hohen zu niedrigen Energien unter Druck beobachtet. Signaturen der Weyl Phase oder der Supraleitung in WTe2 wurden im gemessenen Parameterbereich dagegen nicht beobachtet. Insgesamt zeigen die Messungen eine hohe Sensitivität der Bandstruktur von geschichteten, topologischen Materialien auf die Zwischenschichtbindungsstärke auf.…
• This work presents the experimental results of optical studies of different topological Dirac materials. Particularly, the Dirac nodal line materials of the ZrXY family were investigated under chemical and external pressure and the Weyl type-II semimetal WTe2 was examined under external pressure and low temperatures. Using optical reflection spectroscopy on the compounds ZrXY with X = Si, Ge und Y = S, Se, Te over a wide frequency range, the effect of chemical pressure within this material family was investigated. A characteristic optical conductivity was found for all measured compounds, namely a U-shape at intermediate energies, except for ZrSiTe. Relying on bandselective calculations of the optical conductivity, the origin of this U-shape could be assigned to the bandstructure of ZrXY. While the initial like 1/w decreasing slope of the U-shape stems from transitions within an effective nodal plane, the sharp peak ending the U-shape is due to transitions between almost parallelThis work presents the experimental results of optical studies of different topological Dirac materials. Particularly, the Dirac nodal line materials of the ZrXY family were investigated under chemical and external pressure and the Weyl type-II semimetal WTe2 was examined under external pressure and low temperatures. Using optical reflection spectroscopy on the compounds ZrXY with X = Si, Ge und Y = S, Se, Te over a wide frequency range, the effect of chemical pressure within this material family was investigated. A characteristic optical conductivity was found for all measured compounds, namely a U-shape at intermediate energies, except for ZrSiTe. Relying on bandselective calculations of the optical conductivity, the origin of this U-shape could be assigned to the bandstructure of ZrXY. While the initial like 1/w decreasing slope of the U-shape stems from transitions within an effective nodal plane, the sharp peak ending the U-shape is due to transitions between almost parallel bands. Furthermore, the energy position of this peak was found to depend on the interlayer bonding. For ZrSiTe, optical reflection and Raman measurements under hydrostatic pressure up to 10 GPa showed anomalies in several parameters at about 4 and 6.5 GPa. Supporting XRD measurements could rule out a structural phase transition. By resorting on DFT bandstructure calculations under hydrostatic pressure, changes in the topology of the Fermi surface could be identified at the stated critical pressures. Together this gives strong indications for two pressure-induced Lifshitz transitions in ZrSiTe. While the characteristic U-shape of the optical conductivity could not be observed even at the highest measured pressure, the sharp peak due to the parallel bands could also be assigned in the case of ZrSiTe. Optical reflection measurements under high pressure and low temperatures on WTe2 also showed two anomalies in several optical parameters. Via a comparison with literature data, these anomalies were assigned to an electronic and a structural phase transition in WTe2 under hydrostatic pressure. Furthermore, a pronounced transfer of spectral weight from high to low energies was observed. Signatures of the Weyl or the superconducting phase of WTe2 were not observed. In summary, the measurements show a high sensitivity of the bandstructure of layered topological materials on the interlayer bonding.…