Axion-Elektrodynamik von Supraleiter-Topologische-Isolator-Heterostrukturen

• Antragsteller: Privatdozent Nicola Poccia, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 460444718

Systeme, die auf Josephson-Kontakten basieren, bieten nicht nur die Gelegenheit, grundlegende Quantenphänomene zu erproben, sie können auch als quantenelektronische Bauelemente dienen, welche Aufgaben erfüllen können, die nicht in der herkömmlichen halbleiterbasierten Elektronik möglich wären. Ein Beispiel dafür sind die sogenannten Qubits, die mithilfe von Josephson-Kontakten erzeugt und gesteuert werden. Das Hauptziel dieses Forschungsvorhabens ist die Realisierung eines experimentellen Aufbaus für die Erprobung und Steuerung von kollektiven Effekten in neuartigen topologischen Josephson-Effekten. Dies würde durch die Verwendung von dreidimensionalen topologischen Isolatoren als Tunnelkontakten zwischen type-II-supraleiternerfolgen. Zur Bewältigung der materialwissenschaftlichen Herausforderungen und zur Untersuchung der neuartigen Transporteigenschaften, werden auch neue experimentelle Aufbausysteme und Technologien für phasengesteuerte topologische Josephson-Kontakte-Elektronik entwickelt, sowie ein Aufbausatz, der auf einem Netzwerk von Josephson-Kontakten basiert ist. Außerdem werden wir die Stromwirbeln studieren, die in einem Netzwerk von Josephson-Kontakten entstehen. Dies wird an der Schnittstelle zwischen statistischer Physik und Quantenmechanik ermöglicht, welche das Verhalten von komplexen Festkörpersystemen simuliert, wie z. B. dem stromgetriebenen Mott-Isolator-Metall-Phasenübergang in Systemen mit verschiedenen Symmetrien und den daraus entstehenden Instabilitäten im Nichtgleichgewicht. Außerdem werden Strukturen untersucht, die durch den Proximity-Effekt zwischen einem Supraleiter und einem dreidimensionalen topologischen Isolator in verschiedenen Aufbausystemen mit Josephson-Kontakten neuartige topologische Verhalten verursachen können, wie z. B. Supraleiter-Inseln, wo sogenannte Anyonen, d.h. Quasiteilchen, die Fraktionalquantenstatistik vorweisen, erzeugt werden. Erprobt wird ebenfalls der Josephson-Witten-Effekt und dessen Folgen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Artur Philipp Nikolaus Erbe