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Projekt
Wechselwirkung zwischen Magnetismus und Supraleitung in 2D-van-der-Waals-Heterostrukturen
Antragsteller
Professor Dr. Stuart Parkin
Fachliche Zuordnung
Experimentelle Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung seit 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 443406107
Die Wechselwirkung zwischen supraleitenden Zuständen und Zuständen mit gebrochener Zeitumkehrsymmetrie ermöglicht eine unkonventionelle Supraleitung. Wir schlagen vor, die Natur der durch Nähe induzierten Supraleitung in verschiedenen 2D-van-der-Waals (vdW)-Heterostrukturen zu erforschen, die aus Kombinationen von supraleitenden und nicht-supraleitenden vdW-Systemen bestehen. Von besonderem Interesse sind neuartige Formen der Cooper-Paarung, insbesondere die Triplett-Paarung, die durch die Nahkopplung eines konventionellen s-Wellen-Supraleiters mit magnetischen Systemen oder Systemen mit gebrochener Raum- und Zeitumkehrsymmetrie hervorgerufen wird. Wir schlagen vor, sowohl vertikale als auch laterale Josephson-Übergänge aus vdW-Heterostrukturen herzustellen. Kürzlich haben wir gezeigt, dass solche Systeme neuartige Eigenschaften aufweisen können, wie einen Josephson-Dioden-Effekt, bei dem die kritische Überstromdichte für in entgegengesetzte Richtungen fließenden Strom um bis zu 80 % variieren kann. Wir haben solche Effekte in Josephson-Übergängen nachgewiesen, bei denen die Barriere aus den vdW-Semimetallen NiTe2, PtTe2 und WTe2 gebildet wird, wobei supraleitende Elektroden sowohl aus dem 2D-Ising-Supraleiter 2H-NbSe2 als auch aus herkömmlichem Niob bestehen. Der genaue Ursprung des Diodeneffekts muss noch ermittelt werden. Wir wollen die Beziehung zwischen dem Diodeneffekt und den detaillierten elektronischen und magnetischen Strukturen von Heterostrukturen, die aus einer Vielzahl von 2D-Materialien bestehen, untersuchen. Wir schlagen außerdem vor, die durch Nähe induzierte Supraleitung in Heterostrukturen zu erforschen, die aus magnetischen 2D-Systemen gebildet werden, die topologische, nicht-kollineare Spinstrukturen in Kombination mit supraleitenden 2D-Materialien aufweisen. Die entstehenden supraleitenden Zustände in diesen Systemen werden sowohl mit Magneto-Transporttechniken als auch mit supraleitender Tunnelmikroskopie und supraleitender Tunnelspektroskopie erforscht, um ihre räumliche Ausdehnung zu untersuchen. Ein wichtiges Ziel ist es, den Beitrag der Triplett-Paarung zu den durch Nähe induzierten supraleitenden Zuständen zu verstehen und zu kontrollieren. vdW-Heterostrukturen werden sowohl mit Hilfe der Molekularstrahlepitaxie als auch mit mechanischen Exfoliationsverfahren hergestellt. Wir haben das MBE-Wachstum von qualitativ hochwertigen vdW-Schichten mit verschiedenen ferroischen Eigenschaften sowohl in einer einzelnen Atomschicht als auch als laterale Monolagen-Heterostrukturen demonstriert. Unser Vorschlag bezieht sich direkt auf den Forschungsbereich "kollektive und korrelierte Phänomene (einschließlich Spin-, magnetische und supraleitende Proximity-Effekte, Mott-Isolatoren) und neuartige topologische Zustände, die in 2D-vdW-[Hetero-]Strukturen entstehen" im SP 2244-2DMP. Eine enge Zusammenarbeit mit mehreren Gruppen innerhalb des SPP sowohl in der Theorie als auch im Experiment wird angestrebt.
DFG-Verfahren
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