Vielversprechende Forschungsfelder aus dem Bereich der Festkörperphysik, wie zum Beispiel Thermoelektrik und Spintronik, werden durch die einzigartigen Eigenschaften von Bismut-basierten Materialien geprägt. Bismuttellurid (Bi2Te3) ist beispielsweise ein Halbleiter mit kleiner Bandlücke und exzellenten thermoelektrischen Eigenschaften, die für die Umwandlung von thermischer in elektrische Energie bei Raumtemperatur eine der höchsten Effizienzen aufweist. Außerdem wird Bismuttellurid einer neuen Klasse von Quantenmaterialen, den Topologischen Isolatoren (TI) zugeordnet, die Spin-Bahn-gekoppelte Oberflächenleitfähigkeit bei gleichzeitig isolierendem Verhalten im Volumen besitzen. Beide Eigenschaften verheißen Anwendungen in der Elektronik und Spintronik, die durch Energieeffizienz und hohe Rechenleistung bestechen. Die experimentelle Bestimmung der speziellen Charakteristika des TIs stellt jedoch eine besondere Herausforderung dar, weil die Leitfähigkeit des Volumens das elektrische Signal dominiert und die Oberflächenzustände nur schwer zugänglich sind. Um diese Hürde zu überwinden beschäftigt sich diese Dissertation zunächst mit der Herstellung von Bi2Te3 Nanodrähten, deren Oberflächen-zu-Volumen Verhältnis extrem groß ist und deren geometrische, kristallographische und morphologische Eigenschaften unabhängig von einander kontrolliert eingestellt werden können. Dadurch können die Anteile der Oberflächenzustände aufgelöst werden. Bi2Te3 Nanodrähte wurden durch elektrochemische Abscheidung in ionenstrahlgeätzten Polymermembranen synthetisiert. Hierfür wurden zuerst 30 µm dicke Polycarbonatfolien mit hochenergetischen Schwerionen bestrahlt. Jedes einzelne Ion erzeugt eine Ionenspur, die durch einen selektiven chemischen Ätzprozess in zylindrische Nanoporen umgewandelt wird. In diesen Poren wurden anschließend Nanodrähte mit Durchmessern zwischen 25 und 100 nm abgeschieden. Röntgendiffraktometrie und Transmissionselektronenmikroskopie zeigen texturierte Nanodrähte, die aus mehreren einkristallinen und bis zu mehreren hundert Nanometern langen Segmenten bestehen. Die chemische Zusammensetzung wurde durch energiedispersive Röntgenspektroskopie und Röntgenphotoemissionsspektroskopie, sowohl für das Volumen als auch für die Oberfläche, bestimmt. Erstere zeigt dabei eine homogene, beinahe stöchiometrische Zusammensetzung, während letztere das Vorhandensein von Sauerstoff- und Kohlenstoffkontaminationen bestätigt. Diese Kontamination wird Polymerresten zugeschrieben, die von der Auflösung des Polymertemplates herrühren. Untersuchungen der elektronischen Eigenschaften einzelner Bi2Te3 Nanodrähte wurde mit Hilfe von nano-winkelaufgelöster Photoemissionsspektroskopie (nano-ARPES) am französischen Synchrotron SOLEIL durchgeführt. In einem speziellen Aufbau, der für das Detektieren von Photoemissionssignalen von Nanoobjekten entwickelt wurde, wurden einzelne Abschnitte der Nanodrähte analysiert. Winkelintegrierte Messungen von Rumpfelektronenniveaus entlang der Drahtoberfläche bestätigen die homogene chemische Zusammensetzung. Mit winkelaufgelösten Messungen wurde die Valenzbandstruktur einzelner Drahtabschnitte erfolgreich aufgenommen. First-Prinzipal Rechnungen für die bevorzugt abgeschiedenen Kristallorientierungen stimmen gut mit den experimentellen nano-ARPES Ergebnissen überein. Um elektrische Transportmessungen durchzuführen, wurden einzelne Nanodrähte mittels Laser- und Elektronenstrahllithographie kontaktiert. Der spezifische Widerstand weist die für Metalle typische Temperaturabhängigkeit auf und steigt mit abnehmendem Drahtdurchmesser an. Des Weiteren wurden Magnetotranportmessungen in gepulsten (bis 60 T) und statischen (bis 12 T) Magnetfeldern mit paralleler und senkrechter Orientierung bezüglich der Drahtachse, durchgeführt. Im Allgemeinen ist der Magnetwiderstand positiv und steigt mit größer werdendem Magnetfeld linear oder quadratisch an ohne zu saturieren. Schwache Antilokalisierungseffekte, die bei kleinen Temperaturen und in schwachen Magnetfeldern auftreten, weisen auf das Vorhandensein von Quanteninterferenzphänomenen aufgrund der hohen Spin-Bahn-Wechselwirkung hin. Die erhaltenen Ergebnisse sind erste Hinweise auf Quantenphänomene an elektrochemisch in Polymermembranen abgeschiedenen, zylindrischen Bi2Te3 Nanodrähten.

Die in dieser Arbeit dargelegte erfolgreiche Vermessung von elektrochemisch abgeschiedenen, einzelnen Bi2Te3 Nanodrähten mittels Nano-ARPES und Magnetotransportmessungen eröffnen neue Möglichkeiten, die für weiterreichende Untersuchungen von topologischen Isolator-Nanostrukturen von großer Bedeutung sind. Die entwickelten experimentellen Methoden legen den Grundstein für künftige Untersuchungen in Abhängigkeit des Drahtdurchmessers, der Kristallorientierung und der Korngröße. Dieses Wissen, in Kombination mit der hier gebrauchten einfachen und kontrollierbaren Bi2Te3 Nanodrahtherstellung, verspricht ein großes Anwendungsportfolio als innovative Elektronik- und Spintronikbauteile.