Hohlraumbasierte Kontrolle von Quantenwirbeln in Supraleitern

• Antragsteller: Vadim Plastovets, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 566401345

Obwohl die Supraleitung ein etabliertes Gebiet ist, bleibt sie ein aktuelles Thema, sowohl aus grundlegender Sicht als auch wegen ihrer Anwendungen in der Mikroelektronik. Die Schlüsseleigenschaften eines supraleitenden Materials - seine Fähigkeit, Strom ohne Verlust zu leiten und perfekten Diamagnetismus zu zeigen - werden durch seine mikroskopische Struktur bestimmt. Sie lassen sich in erster Linie durch eine Veränderung der chemischen Zusammensetzung des Materials steuern. Darüber hinaus ist der supraleitende Grundzustand aufgrund seiner Quantennatur sehr empfindlich gegenüber äußeren Faktoren wie Temperatur und Magnetfeld. Diese Abhängigkeiten sind in den letzten Jahrzehnten gründlich untersucht worden, da sie das Phasendiagramm des Materials grundlegend bestimmen. Ich betrachte hier einen neuen „Freiheitsgrad“ zur Steuerung des supraleitenden Zustands - die Wechselwirkung mit den Quantenfluktuationen des elektromagnetischen Vakuums. Normalerweise sind solche Effekte vernachlässigbar, aber in optisch eingeschlossenen Systemen, wie z. B. Hohlräumen, werden sie bedeutsam. Dieser Vorschlag gehört zum umfassenderen Forschungsgebiet der Hohlraum-Quantenmaterialien, das in letzter Zeit viel Aufmerksamkeit von verschiedenen Forschungsgemeinschaften auf sich gezogen hat, von der kondensierten Materie bis zur Quantenoptik. Im Kontext dieses Vorhabens hat die verstärkte Wechselwirkung zwischen Licht und Materie zwei wesentliche Konsequenzen: Zum einen kann sie den Mechanismus der Elektronenpaarbildung, der der Supraleitung zugrunde liegt, verändern, und zum anderen kann sie die Eigenschaften des supraleitenden Zustands verändern und damit eine Alternative zu den Standard-„Kontrollknöpfen“ wie Temperatur oder Magnetfeld bieten. Die erste Konsequenz wurde in jüngsten theoretischen und experimentellen Studien erforscht, während die zweite weitgehend unerforscht bleibt und im Mittelpunkt dieses Vorhabens steht. Insbesondere werde ich mich auf die Kontrolle des supraleitenden Zustands durch Hohlräume bei Vorhandensein von geometrischen Inhomogenitäten oder Verunreinigungen, sowie auf die Reaktion des Supraleiters auf externe elektromagnetische Störeinflüsse konzentrieren. Besondere Aufmerksamkeit wird der magnetischen Vortex Phase gewidmet, die für die supraleitende Mikroelektronik von herausragender Bedeutung ist. Diese Wirbel sind makroskopische Objekte, die sich als hochgradig kontrollierbare und nützliche Anregungen mit vielversprechenden Anwendungen für Quantengeräte und Quantencomputer erwiesen haben. Die Möglichkeit, die inhomogenen Phasen eines Supraleiters mit Hilfe von Hohlräumen zu kontrollieren, könnte neue Forschungswege eröffnen und experimentelle Studien in dieser Richtung anregen. Das Projekt ist gut ausgewogen, da es mein bisheriges Fachgebiet der Supraleitung berührt und mir ausgezeichnete Möglichkeiten bietet, das neues Gebiet der Hohlraum-Quanten-Materialien zu erforschen, unterstützt durch das Fachwissen meines Gastgebers.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle