Supraleitendene und ferromagnetische Bestandteile für Nanohybride
In vielen Nanostrukturen zeigte sich, dass der Elektronentransport Quanten-Kohärenz aufweist und eigentümlichen Gesetzen folgt, die sich von makroskopischen und mikroskopischen Systemen stark unterscheiden. Diese Entdeckungen ebneten den Weg für das neue Gebiet der mesoskopischen Physik. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts LODIHYBRIDS (Correlations and proximity effect in low-dimensional and hybrid structures) erforschten Wissenschaftler mesoskopische Verhaltensweisen in Hybridsystemen, die Materialien mit antagonistischen Eigenschaften kombinieren. Unter ihnen waren Supraleiter-Ferromagnet-Systeme ein interessantes Beispiel. Ferromagnetismus und Supraleitung scheinen auf den ersten Blick als antagonistische Phänomene. Während Supraleitung dazu neigt, die Spins von Elektronen in Cooper-Paaren entgegengesetzt zueinander auszurichten, begünstigt Ferromagnetismus eine parallele Ausrichtung der magnetischen Momente und gleich orientierten Spins. In Hybridnanostrukturen, wo ein nicht-supraleitendes Material in Kontakt mit einem Supraleiter ist, werden Cooper-Paare und elektronische Anregungen ausgetauscht. Die Forscher von LODIHYBRIDS untersuchten den sogenannten Andreev-Strom, der durch ferromagnetische Resonanz und andere Effekte an der Grenzfläche induziert wird. Als nächstes konzentrierten sie sich auf die Suche nach Majorana-gebundenen Zuständen, die die experimentelle Forschung in der mesoskopischen Physik stark beschäftigt. Erzeugung, Detektion und Manipulation von Majorana-gebundenen Zuständen versprechen ein topologisch geschütztes Quanten-Computing. Mithilfe eines Hybridsystems, das topologische Isolatoren oder Nanodrähte enthält, wurden die Eigenschaften von Majorana-gebundenen Zuständen bestimmt, um neue Wege für deren experimentelle Realisierung vorzuschlagen. Die Folgen der topologischen Supraleitung im Zusammenhang mit Majorana-gebundenen Zuständen wurden an Josephson-Übergängen untersucht. Die Erkenntnisse aus LODIHYBRIDS sollen zu einem besseren Verständnis von Hybridsystemen führen, bei denen ein enger Kontakt zwischen Materialien mit antagonistischen Eigenschaften die Entstehung einer einzigartigen Dynamik bewirkt. Solche Effekte werden eine Schlüsselrolle in zukünftigen Quantencomputern spielen.
Schlüsselbegriffe
Nanohybrid, Nanomaterialien, Quantencomputing, Ferromagnetismus, Supraleitung
