Magnetische topologische Isolatoren für robuste Majorana Zustände

• Antragsteller: Dr. Kristof Moors, Ph.D.; Professor Dr. Thomas Schäpers; Dr. Peter Schüffelgen
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491798118

Wir schlagen vor, das Zusammenspiel zwischen Magnetismus, Bandtopologie und Supraleitung zu untersuchen, um robuste topologische Zustände als zukünftige Bausteine für die Quanteninformatik zu realisieren. Unser Projekt wird Experimente, Materialsimulationen und Festkörpertheorie kombinieren, um Majorana-gebundene Zustände zu untersuchen, die auf magnetischen topologischen Isolatoren (MTIs) mit induzierter Supraleitung basieren. Die einzigartige experimentelle Plattform, die innerhalb dieses Konsortiums zur Verfügung steht, sowie das theoretische Know-how sind ideal geeignet, um diese Herausforderung anzugehen. Auf der experimentellen Seite werden wir MTI-Nanostrukturen in situ in verschiedenen Geometrien konstruieren, z. B. als Nanodrähte, Hallbarren oder Interferometer. Magnetotransportmessungen werden uns eine detaillierte Charakterisierung der Bauelemente und ihrer topologischen Eigenschaften im normalleitenden Zustand ermöglichen. Als Nächstes werden wir supraleitende Elektroden einsetzen, um induzierte Supraleitung und Josephson-Kontakte auf der Grundlage von MTIs zu untersuchen. Dies wird es schließlich ermöglichen, Majorana-gebundene Zustände auf der Grundlage von MTIs zu erzeugen und nachzuweisen. Die von unserem Theorie- und Simulationscluster angewandten Techniken werden die Multiskalenmodellierung von Nanostrukturbauteilen ermöglichen. Ein ständiger Feedback-loop zwischen Experiment und Theorie wird uns bei der Optimierung von Bauteilgeometrien und Materialien helfen. Während makroskopische MTI Strukturen bereits eingehend untersucht wurden, existieren in MTI Nanostrukturen noch viele grundlegende offene Fragen. Dieses Projekt wird daher zu wichtigen neuen Erkenntnissen über MTIs führen, sowohl in der Theorie als auch im Experiment. Letztere wiederum werden uns zum eigentlichen Ziel unseres Projekts führen, nämlich der eindeutigen Identifizierung von Majorana-gebundenen Zuständen in MTI-Nanodrähten, um so den Weg für ihren künftigen Einsatz in der topologischen Quantenberechnung zu ebnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, Großbritannien, Luxemburg, Spanien
• Kooperationspartner: Dr. Malcolm Connolly; Professor Dr. Thomas L. Schmidt; Dr. Llorenç Serra Crespí