Topologische Actinoid-Supraleitung (TOPAS)

• Antragsteller: Dr. Toni Helm, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 524386141

Topologische Supraleiter bieten neue Möglichkeiten für zukünftige Quantentechnologien. In diesem Projekt beabsichtigen wir, Signaturen der topologischen Supraleitung in Aktinoid-Verbindungen zu entdecken. Die meisten dieser Verbindungen weisen faszinierende Phasendiagramme mit mehreren supraleitenden Phasen und Hochfeld-Phasenübergängen auf. Wie wir im einleitenden Teil erörtern, gehören diese Verbindungen zu den wahrscheinlichsten Kandidaten für Spin-Triplett-Supraleitung. Bis heute fehlen eindeutige Beweise für topologische Supraleitung in Festkörpermaterialien. Wir planen die Durchführung von Experimenten zum elektrischen und thermischen Transport sowie zur Drehmomentmagnetometrie mit präzise zugeschnittenen Proben. Eines der wichtigsten Elemente in diesem Projekt ist die Mikrofabrikation mit Hilfe des Schneidens mit fokussierten Ionenstrahlen. Dieser Ansatz bietet das Potenzial, Dimensionen bis in den Submikrometerbereich mit Nanometerpräzision zu skalieren. Dabei erwarten wir eine deutliche Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses. Darüber hinaus können wir damit Mikrostrukturen mit Eigenschaften herstellen, die für unsere geplanten Experimente besonders geeignet sind. Jüngste Verbesserungen bei der Qualität des Kristallwachstums in Kombination mit verbesserten absoluten Nachweissignalen werden uns helfen, die Hochfeld-Phasendiagramme und möglicherweise Quantenoszillationen für diese Verbindungen zu untersuchen. Unser Ziel ist es, mehr über ihre elektronische Bandstruktur und die Beziehung dieser zum supraleitenden Grundzustand zu erfahren. Darüber hinaus planen wir, die Wärmeleitfähigkeit und den thermischen Hall-Effekt zu untersuchen, um Signaturen von topologischen Oberflächenzuständen in diesen Verbindungen zu entdecken. Thermische Anregungen in Supraleitern sind durch eine Energielücke gekennzeichnet. Daher werden die topologischen Eigenschaften von den Symmetrien der supraleitenden Ordnungsparameter abhängen. Die topologischen Eigenschaften der elementaren Energieanregungen im Supraleiter können das Vorhandensein von lückenlosen (energiefreien) Moden an der Oberfläche erzwingen. Das perfekt leitende Kondensat verhindert jedoch, dass das System ein elektrischer Isolator ist, während es nichts zur thermischen Leitung beiträgt. Alle Supraleiter mit vollständiger Lücke können somit als thermische Isolatoren betrachtet werden. Daher ist der Wärmetransport empfindlich gegenüber topologischen Oberflächenzuständen. Folglich widmen wir einen Teil des Projekts Thermotransportexperimenten. Die FIB-Formung der Kristalle wird von entscheidender Bedeutung sein, da sie ein optimales Verhältnis von Oberfläche zu Volumen ermöglicht, um den Einfluss von Oberflächenanregungen zu untersuchen. Wir wollen auch eine thermische Hall-Effekt-Sonde entwickeln, um nach kürzlich theoretisch vorhergesagten topologischen Signaturen zu suchen. Im Erfolgsfall werden unsere Experimente neue Wege für die Untersuchung topologischer Supraleiter eröffnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, Japan
• Kooperationspartner: Dr. Jean-Pascal Brison, Ph.D.; Professor Dr. Motoi Kimata, Ph.D.