Erforschung abstimmbarer Magnet / Supraleiter-Hybridquantensysteme mittels Rastertunnelmikroskopie

• Antragsteller: Roberto Lo Conte, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 459025680

In den vergangenen Jahren hat die Untersuchung von Quantenmaterialien eine enorm schnelle Entwicklung erfahren, insbesondere durch die Aussicht auf Anwendungen in den kommenden Quanteninformationstechnologien. Magnet/Supraleiter-Hybrid (MSH) -Systeme sind vielversprechende Kandidaten für die Entwicklung neuer Quantenmaterialien mit einstellbaren Eigenschaften. Es wird erwartet, dass an der Grenzfläche zwischen supraleitendem Substrat und ultradünner Magnetschicht, die nicht-kollineare Spintexturen enthält, vielversprechende neue Physik entsteht. Zum einen kann der supraleitende Zustand des Substrats die im ultradünnen Magneten vorhandene magnetische Phase beeinflussen, zum anderen wurden topologisch geschützte elektronische Zustände an der Hetero-Grenzfläche vorhergesagt. Aus dem Zusammenspiel von nicht-kollinearer Spintextur und supraleitender Phase wird die Entstehung topologischer Supraleitung ermöglicht.Dieses Projekt konzentriert sich auf die Untersuchung neuer MSH-Quantensysteme mittels spinpolarisierter Rastertunnelmikroskopie (SP-STM). Die atomare Spintextur in den aufgebrachten Magnetschichten soll als Funktion von Temperatur und Magnetfelder abgebildet werden, um den Einfluss der Supraleitung auf die im ultradünnen Film vorhandene magnetische Phase zu verstehen. Darüber hinaus wird Rastertunnelspektroskopie (STS) eingesetzt, um die elektronischen Eigenschaften des Hybridsystems zu untersuchen und die Entstehung topologischer Supraleitung nachzuweisen. Die elektronischen Eigenschaften werden am Ort physikalischer (Kanten von Nanostrukturen) sowie magnetischer (Domänenwände) Grenzen charakterisiert, um zwischen den verschiedenen möglichen Ursprüngen topologischer elektronischer Zustände zu unterscheiden. Diese Art der Untersuchung soll an zwei verschiedenen Arten von MSH-Systemen durchgeführt werden. Die erste Studie wird an Materialsystemen durchgeführt, die aus einem Volumen-Supraleiter mit epitaktischen atomaren magnetischen Mono- und Doppellagen auf der Oberseite bestehen. Anschließend wird die Studie zu komplexeren Systemen übergehen, bei denen eine weitere Zwischenschicht eines zweiten supraleitenden Materials an der Grenzfläche des ursprünglichen Systems eingefügt wird. Ziel ist es zu verstehen, wie die Eigenschaften des ursprünglichen MSH-Systems durch das Vorhandensein eines zweiten supraleitenden Materials über Proximity-Effekte eingestellt werden können. Wie hoch ist die supraleitende Übergangstemperatur des Gesamtsystems? Kann die Übergangstemperatur und damit die Quanteneigenschaften der Trilage durch Änderung der Dicke der supraleitenden Zwischenschicht eingestellt werden? Wie verändert sich die Spintextur in Abhängigkeit von Material und Dicke der Zwischenschicht? Können unterschiedliche topologische supraleitende Zustände durch Variation der Zwischenschicht stabilisiert werden? Dies sind einige der wesentlichen wissenschaftlichen Fragen, die im Rahmen dieses Forschungsprojekts beantwortet werden sollen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen