Unkonventioneller, supraleitender Transport in Dirac-artigen Halbleitermaterialien

• Antragsteller: Dr. Grigory Tkachov, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 231149113

Die letzten Jahre waren geprägt von einem schnell wachsendem Interesse an Dirac-artigen Halbleitermaterialien (DHM), zu welchen Halbleiter mit schmaler Bandlücke (z.B. Bi2Se3, Bi2Se3, HgTe) und deren Heterostrukturen (z.B. HgTe Quantentröge) zählen. Volumenproben von Bi2Se3, Bi2Te3, HgTe und ähnlichen Verbindungen zeigen ungewöhnliche elektrische Oberflächenzustände, welche das Verhalten von zweidimensionalen masselosen Diracfermionen widerspiegeln. N-dotierte HgTe Quantentröge beinhalten eine verallgemeinerte Art von Diracartigen Ladungsträgern, welche eine einstellbare effektive Masse und eine nicht-triviale Bandkrümmung aufweisen. Die DHM unterscheiden sich qualitativ von anderen Diracartigen Materialien (z.B. Graphene) als auch von Halbleitern mit großer Bandlücke durch ihre wohl definierte Helizität des Spins, d.h. einer Kopplung von Spin und Impulsrichtung. Die Rolle der Helizität im elektronischen Transport ist Gegenstand eines großen Forschungsfeldes. Bis heute jedoch beschränkt sich die Untersuchung der DHMs auf das normale (d.h. nicht supraleitende) Regime. Vor kurzem haben die ersten erfolgreichen Experimente zum Proximity- und Josephsoneffekt das Potential der DHMs als neuartigen supraleitenden Systemen offenbart. Die theoretische Beschreibung des supraleitenden Transports in spin- helikalen DHM Systemen mit Fokus auf induzierte p-Wellen Supraleitung ist Gegenstand dieses Forschungsantrages. Die p-Wellen Supraleitung, welche in Festkörpersystemen ungewöhnlich ist, eröffnet die Möglichkeit exotischer Phänomene, wie zum Beispiel gebundener Majoranazustände. Letztere könnten eine wichtige Rolle in der Quanteninformation spielen. Dieses Projekt untersucht das supraleitende Kleintunneln - ein verwandtes, jedoch kaum erforschtes Phänomen - und dessen Manifestation in vielfältigen mesoskopischen DHM-Strukturen. Das supraleitende Kleintunneln impliziert den Schutz des Superstromes gegen die üblichen Streumechanismen, was in der Praxis helfen könnte die Transporteigenschaften von Josephsonkontakten zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professorin Dr. Ewelina M. Hankiewicz