Interagierende Systeme mit wenigen Energieniveaus auf atomarer Skala

• Antragsteller: Dr. Christian Reinhard Ast; Dr. Ciprian Padurariu
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527245016

Das Rastertunnelmikroskop (STM) spielt mit seiner atomaren Präzision und seiner exzellenten Energieauflösung bei Milli-Kelvin (mK)-Temperaturen eine wichtige Rolle als unterstützende Technologie in der Sensorik und Materialwissenschaft. Es war jedoch bisher nicht in der Lage, die Eigenschaften von Quantenkohärenz in Systemen mit wenigen Energieniveaus direkt zu untersuchen, die sich auf unterschiedliche Weise manifestieren können. Wir wollen eine STM-Spitze, die mit einem einzelnen, extrem scharfen Quantenzustand innerhalb einer supraleitenden Lücke funktionalisiert ist, charakterisieren, theoretisch beschreiben und weiterentwickeln. Genauer gesagt wird der STM-Spitze eine magnetische Verunreinigung hinzugefügt, um einen gebundenen Yu-Shiba-Rusinov (YSR)-Zustand in der Lücke zu induzieren. Dieser Zustand ist ein kollektiver Zustand in einem korrelierten Vielteilchensystem mit einer Lebensdauer, die nur durch Wechselwirkungen mit verbleibenden Umgebungsfreiheitsgraden begrenzt ist. Unser allgemeines Ziel ist es, einen solchen STM-Spitzenzustand zu verstehen, der an Zielsysteme mit wenigen Energieniveaus, an supraleitende Substrate beziehungsweise ihre Umgebung gekoppelt ist. Wir wollen direkt auf Kohärenzeigenschaften des resultierenden Vielteilchen-Quantensystems zugreifen und kohärente Manipulationsprotokolle implementieren. Darüber hinaus wollen wir die einzigartigen Eigenschaften des YSR-STM als Mittel zur Bestimmung exotischer Quantenzustände erforschen. Unser Team ist eine etablierte Kollaboration zwischen Experiment und Theorie, mit vielen gemeinsamen Veröffentlichungen. Es vereint umfangreiches Fachwissen in den experimentellen Techniken des mK-STM und theoretische Expertise über supraleitenden Quantentransport in mesoskopischen Systemen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Joachim Ankerhold