Design einer Rechenplattform und Untersuchung der Supraleitung in neuartigen aufgerollten Nanostrukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Vladimir Fomin
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403703960

Die Kombination aus reduzierter Dimensionalität mit komplexen Geometrien und Topologien verspricht viele neue Erkenntnisse über die Physik von Supraleitern zu liefern. Die Realisierung solcher Strukturen gelingt durch die Verwendung des verspannungsinduzierten Aufrollens. Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer Rechenplattform und ihre Anwendung zur theoretischen Untersuchung der Transporteigenschaften in den neuartigen supraleitenden Mikro- und Nanoarchitekturen, die mittels der Aufrolltechnologie hergestellt werden. Der Antragsteller hat weithin anerkannte Expertise auf den Fachgebieten der Theorie der supraleitenden Mikro- und Nanostrukturen auf Basis der zeitabhängigen Ginzburg-Landau Gleichung und der entsprechenden numerischen Methoden. Die geplanten Kooperationspartner bieten ebenfalls eine hohe Kompetenz auf ihren jeweiligen Fachgebieten: Hochleistungs-Computersimulationen für das multiphysikalische mathematische Modell (TPU Tomsk) und high-tech Herstellung – der verspannungsinduzierten Aufrolltechnologie und experimentellen Charakterisierung der Transporteigenschaften (IIN IFW Dresden).Es wird eine vollständige dreidimensionale numerischen Plattform, die die Eichinvarianz, die Rückkopplung und die thermischen Effekte in supraleitenden Nanostrukturen bewahrt, entwickelt. Aufgrund der induktiven Kopplung zwischen Wirbelströmen werden neue Formen der Wirbeldynamik und des Transports erwartet. Die geplanten Supercomputer-Simulationen ermöglichen, die experimentelle Charakterisierung von Nanostrukturen weniger arbeits- und zeitaufwendig zu gestalten. Es sollen die Transportmechanismen in supraleitenden aufgerollten Strukturen identifiziert werden und eine Analyse von wichtigen stochastischen Effekten in den Spannungs-Strom-Charakteristiken, die aufgrund der Schwankungen des Transportstroms, der Heizwirkung auf die Temperatur und der Verunreinigungen entstehen, durchgeführt werden. Mit den erzielten Erkenntnissen sollen Vorschläge für ein anwendungsorientiertes Design der Transporteigenschaften neuartiger supraleitender aufgerollter Strukturen entwickelt werden. Die zu erwartenden Projektergebnisse sind von hoher Relevanz auf dem Gebiet der Nanophysik, der Nanotechnologie, der Grundlagenforschung und für anwendungsorientierte Technologien, z. B., für die Entwicklung innovativer mikroelektronischer und fluxonischer Elemente.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen