Theoretische Grundlagen der entstehenden elektronischen Phänomene in gekrümmten Supraleiter-Nanoarchitekturen

• Antragsteller: Professor Dr. Vladimir Fomin
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 440761189

Während alle grundlegenden Naturgesetze lokal formuliert sind, findet die Topologie breite Anwendung bei der Analyse von Gesetzen und Mustern, die aus der globalen Struktur des betrachteten Systems hervorgehen und neue Effekte und Phänomene liefert. Das Ziel des vorliegenden Projekts ist es, konzeptionelle Grundlagen zu erarbeiten und topologische Materie und ihre mögliche geometrische Gestaltung in gekrümmten Supraleiter-Mikro- und Nanostrukturen zu analysieren. Die experimentelle Motivation des vorgeschlagenen Projekts beruht auf den fortlaufenden Weiterentwicklungen bei der Herstellung gekrümmter 3D-Nanoarchitekturen (wie offene Nanoröhren und Nanospulen mit einer oder mehreren Chiralitäten) mit Hilfe fortschrittlicher 3D-Roll-Up-Selbstorganisation und der Nanodrucktechniken, die auf fokussierten Ionenstrahlen basieren. Die aufkommenden Nanoarchitekturen führen zum Auftreten völlig neuer, kontraintuitiver Eigenschaften von Supraleitern und versprechen dadurch eine erhebliche Verbesserung der Gütezahlen im Vergleich zu den verfügbaren Bauelementen. Die Wirbeldynamik und die Phasenschlupferscheinungen als Hauptgrund für die Dissipation sind die Schlüssel zum Verständnis der Transporteigenschaften von Supraleitern. Unsere vorläufigen Messungen und Simulationen weisen auf einen sehr komplexen Übergang von Supraleitung zu Normalwiderstand hin, was es zu einer anspruchsvollen Aufgabe macht, mögliche zugrunde liegende Mechanismen aufzudecken. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, eine dedizierte theoretische Analyse und numerische Simulationen durchzuführen, da eine direkte experimentelle Visualisierung der Wirbeldynamik oder der Phasenschlupferscheinungen auf der ns-Zeitskala mit der vorliegenden Technologie nicht möglich ist. Während die Implikationen der Krümmungseigenschaften für die Topologie des Ginzburg-Landau-Funktionals, das auf einer kompakten riemannschen Mannigfaltigkeit definiert ist, aufgedeckt wurden, bleiben die Auswirkungen der Krümmung in beschränkten Räumen terra incognita. Daher beantragen wir in unserem Projektvorschlag eine Unterstützung hinsichtlich sich gegenseitig potenzierender theoretischer Analysen und numerischer Simulationen supraleitender Nanoarchitekturen mit aussichtsreichen Anwendungsmöglichkeiten in Abstimmung mit laufenden Experimenten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen