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Quanten-Crossover des klassischen topologischen Schutzes

Antragsteller Dr. Thore Posske
Fachliche Zuordnung Theoretische Physik der kondensierten Materie
Förderung Förderung von 2019 bis 2024
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 420120155
 
Erstellungsjahr 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Kürzlich schlugen Forscher vor, gedrehte Magnete zu verwenden, um die Speicherdichte von Festplatten zu erhöhen, beispielsweise magnetische Helices, bei denen der Magnetismus einer Spirale folgt, oder ihre zweidimensionalen Versionen, die magnetischen Skyrmionen. Beides sind magnetische Knoten, die durch unerwünschte Störungen nicht einfach aufgelöst werden können. Dies macht die Datenspeicher robust. Die konkrete Form dieser Objekte ist nicht relevant. Man nennt sie daher topologische Anregungen. Diese können extrem klein sein und die Größe von Nanometern erreichen. Daher beginnt die Quantenmechanik für sie eine entscheidende Rolle zu spielen. Dieses Projekt beschreibt den Übergang zwischen topologischem klassischem und Quantenmagnetismus. Die Hauptziele des Projekts bestanden darin, robuste physikalische Effekte zu identifizieren, die für technologische Fortschritte genutzt werden können, und eine geeignete Theorie zu entwickeln. In diesem Projekt konnten wir zeigen, dass topologischer Quantenmagnetismus in magnetischen Ketten (1D) und Gittern (2D) deutlich robuster gegenüber Störungen wie lokalen Magnetfeldern ist als topologische triviale Quantenzustände, z. B. Ferromagnetismus. Außerdem können 2D-topologische Anregungen wie das Quanten-Skyrmion, durch Steuerung der Magnetisierung am Rand des Systems robust erzeugt werden. Wir haben jedoch auch gezeigt, dass Störungen topologischer Quantenmagnete immer noch unvermeidlich einen Zerfall in topologisch triviale Zustände induzieren, indem sie quantenverschränkte Zustände erzeugen, die die Magnetisierung lokal verschwinden lassen. Stattdessen haben wir mit zunehmender Systemgröße topologische Sektoren identifiziert, z. B. ohne Windung, mit einer Windung usw., die den topologischen Quantenmagnetismus möglicherweise für technologische Anwendungen interessant machen. Darüber hinaus wurden theoretische Fortschritte bei der Entwicklung einer allgemeinen Theorie der Produkteigenzustände in Quanten-Heisenberg-Modellen erzielt. Diese Zustände wurden kürzlich in ultrakalten Atomsystemen entdeckt. Wir erweitern damit den Begriff einer Phantommode auf Heisenberg-Modelle in jeder Dimension und haben ein exotisches Kondensat im mittleren des Energiespektrum in speziellen Systemen identifiziert, das eine große Entartung aufweist, ähnlich wie Supraleiter für Elektronen. Weiterhin haben wir eine verallgemeinerte Magnetteilchenpumpe mit beliebiger Periodizität in fein abgestimmten Quantensystemen gefunden. Als Nebenprodukt der Beschreibung des Quantenmagnetismus enthüllte das Projekt neue elektronische Zustände auf der Oberfläche von Supraleitern. Dazu gehören topologisch nicht triviale eindimensionale supraleitende Bänder, Vorläufer der Majorana-Moden und der vor 50 Jahren vorhergesagte Machida-Shibata-Zustand, der durch Nähe induzierte Supraleitung in einem Zwei- Niveau-System beschreibt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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