Phasenrelaxation und Gegenstsrom-Dissipation in Quanten-Hall Doppellagen

• Antragsteller: Professor Dr. Bernd Rosenow
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 248836978

Der inkompressible Quanten-Hall Zustand bei einem gesamten Füllfaktor eins in einem Doppellagen-System kann als exzitonische Supraflüssigkeit mit Quanten-Kohärenz zwischen den beiden Lagen verstanden werden. Die bemerkenswerteste experimentelle Manifestation einer solchen exzitonischen Suprafluidität ist eine Josephson-artige Erhöhung der Tunnel-Leitfähigkeit zwischen den beiden Lagen sowie nahezu dissipationslose gegengerichtete Ströme. Eine große Anzahl experimenteller Ergebnisse kann quantitativ verstanden werden, wenn man annimmt dass bewegliche topologische Anregungen der Supraflüssigkeit, sogenannte Meronen, eine Relaxation der suprafluiden Phase verursachen, so dass Tunneln zwischen den beiden Lagen im Regime schwacher Tunnelkopplung störungstheoretisch behandelt werden kann, ähnlich zu dem Fall dissipativer Josephson-Kontakte.Bisher existiert keine quantitative Theorie von Phasenrelaxation in Doppellagen mit Füllfaktor eins, und die Entwicklung einer solchen Theorie steht im Zentrum dieses Antrags. Analog zur Dephasierung in diffusiven elektronischen Systemen, wo Spannungsfluktuationen eine Randomisierung der quantenmechanischen Phase verursachen, randomisieren in Doppllagen Fluktuationen der Spannung zwischen den Lagen die Phase der exzitonischen Supraflüssigkeit. Als erstes Ziel soll daher unter Verwendung eines Fluktuations-Dissipations-Theorems der Widerstand für gegengerichtet fließende Ströme mit der Phasen-Relaxationsrate in Verbindung gebracht werden. Eine solche Beziehung kann dann experimentell getestet werden. Als zweites Ziel soll die Temperaturabhängigkeit des Widerstands für gegengerichtete Ströme berechnet werden, und damit auch die Temperaturabhängigkeit der Phasen-Relaxationsrate. Da der Gegenstrom-Widerstand durch die Anwesenheit beweglicher Meronen verursacht wird, ist das Verständnis der temperaturabhängigen Beweglichkeit von Meronen eine Voraussetzung für das Erreichen dieses Ziels. Es ist geplant, die Meron-Beweglichkeit zu berechnen, indem Analogien zur quantenmechanischen Bewegung von Vortizes in Eich-Gläsern angewendet werden und indem Ergebnisse aus der Theorie wechselwirkender lokalisierter Fermionen verwendet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Beteiligte Person: Professor Dr. Bertrand I. Halperin