Wechselwirkungen in dispersionslosen Majorana-Bändern an Oberflächen nicht inversionssymmetrischer Supraleiter

• Antragsteller: Professor Dr. Carsten Timm
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 320386177

Topologische Eigenschaften von Festkörpern stellen zur Zeit eines der aktivsten Gebiete der Physik der kondensierten Materie dar. Dabei handelt es sich um globale Eigenschaften der elektronischen Struktur, die mit der Existenz von robusten, an der Oberfläche lokalisierten elektronischen Zuständen. Ein spezieller Typ topologischer Festkörper wird von Supraleitern mit starker Spin-Bahn-Kopplung und Zeitumkehrinvarianz, aber ohne räumliche Inversionssymmetrie, gebildet. Wenn der supraleitende Ordnungsparameter Knoten (Nullstellen) im Impulsraum besitzt, sollten diese Systeme dispersionslose Majorana-Oberflächenzustände mit der Energie Null besitzen. Die Majorana-Eigenschaften bedeutet, dass diese Anregungen ihre eigenen Antiteilchen sind. Wegen der Abwesenheit jeglicher Dispersion existiert eine makroskopische Anzahl davon, was diese Systeme besonders interessant macht. Dieses Projekt untersucht die Stabilität dieser dispersionslosenMajorana-Zustände. Einerseits untersuchen wir, aufbauend auf unseren Vorarbeiten, unter welchen Bedingungen die Zustände durch spontane Brechung der Zeitumkehrinvarianz oder räumlicher Symmetrien zu endlichen Energien verschoben werden. Andererseits betrachten wir die Konsequenzen von (unvermeidbaren) Wechselwirkungen zwischen den Majorana-Zuständen. Die wechselwirkenden Majorana-Zustände bilden ein faszinierendes neues Modell der Vielteilchen-Physik, da seine Energie ausschließlich den Beitrag der Wechselwirkungen enthält - die kinetische Energie verschwindet aufgrund der nicht vorhandenen Dispersion. Wir planen, die relevanten Wechselwirkungen zu ermitteln und dann den Grundzustand und niedrig liegende Anregungen der entsprechenden Modelle zu bestimmen. Außerdem wollen wir Voraussagen für geeignete Experimente ableiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen