Dynamische supraleitende Zustände in Supraleiter/Magnet Hybridstrukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Belzig
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465140728

In diesem Projekt wird die Wechselwirkung von hybriden supraleitenden Systemen mit quantenelektromagnetischen Feldern wie Photonen und Magnonen erforscht. Diese Wechselwirkung hängt von der Anwesenheit von Spin-Triplett-Korrelationen, topologischen Majorana-Zuständen oder kollektiven Higgs-Moden ab. Das Interesse an diesen Systemen wird durch die jüngsten Fortschritte bei der Herstellung von Doppelschichten aus Supraleitern und ferromagnetischen Isolatoren oder Metallen angetrieben, die eine Plattform für eine Vielzahl von Phänomenen bieten: topologische supraleitende Zustände, gekoppelter Spin-, Wärme- und Ladungstransport oder Spin-Pumpen, die durch supraleitende Korrelationen kontrollierbar sind.Wechselwirkungen zwischen unterschiedlich geordneten elektronischen Systemen, wie Supraleitern und Magneten, wurden in den letzten Jahren eingehend erforscht, wobei der Fokus bisher eher auf statischen oder niederfrequenten Eigenschaften lag. Gleichzeitig erfordern die enormen Fortschritte in der Mikrowellen-Quantentechnologie und der Tieftemperatur-Terahertz-Spektroskopie ein neues Verständnis der dynamischen supraleitenden Proximity-Effekte und des Zusammenspiels mit dynamischen Moden, wie Photonen, Magnonen oder supraleitenden Ordnungsparameter-Kollektivschwingungen. Das ist der Schwerpunkt unseres Projekts.Als erstes beschäftigen wir uns mit dem dynamischen supraleitenden Proximity-Effekt. Im Kontakt mit einem magnetisch geordneten Material entsteht in der Nähe der Grenzfläche unkonventionelle Supraleitung. Beispiele sind Triplett-Supraleitung, inhomogene (helikale) Phasenzustände und topologische Supraleitung. Die Ausnutzung von Supraleiter/Magnet-Hybridstrukturen in der Spintronik impliziert einen dynamischen Charakter der Magnetisierung in Wechselwirkung mit der induzierten unkonventionellen Supraleitung. Allerdings sind grundlegende Aspekte sowie Anwendungsperspektiven der dynamischen unkonventionellen Supraleitung bis heute kaum untersucht, und wir planen, diese Lücke zu schließen. Unser Arbeitsplan umfasst Untersuchungen von dynamischen Triplett-Korrelationen in Systemen aus Supraleitern und Ferromagneten, die durch Spinwellen oder elektromagnetische Strahlung erzeugt werden, sowie die Reaktion von inhomogenen Phasenzuständen in S/F-Hybriden auf die Magnetisierungsdynamik in Ferromagneten.Als zweites konzentrieren wir uns auf die Kopplung von topologischen Majorana-Moden und kollektiven Higgs-Moden mit Magnonen in (anti)ferromagnetischen Isolatoren. Diese sind fundamental wichtig, um das Verhalten von hybriden Quantensystemen aus Supraleitern, elektromagnetischen Feldern und Spinwellen zu verstehen. Zu diesem Zweck werden wir lernen, wie man den supraleitenden Proximity-Effekt mit Licht kontrolliert, Majorana-Zustände und mit Magnonen gekoppelte Higgs-Moden konstruiert und untersucht. Diese dynamischen Eigenschaften supraleitender Hybridsysteme können potenziell in den sich schnell entwickelnden Quantentechnologien eingesetzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Finnland, Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Science Foundation, bis 3/2022
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Alexander Bobkov, Ph.D., bis 3/2022; Irina Bobkova, Ph.D., bis 3/2022; Zhanna Devizorova, Ph.D., bis 3/2022; Andrei Mazanik, Ph.D., bis 3/2022; Ilhom Rahmonov, Ph.D., bis 3/2022; Mikhail Silaev, Ph.D.