Phasensynchronisation oszillatorischer Prozesse in mesoskopischen Josephson-Kontakten

• Antragsteller: Professor Dr. Fabian Hassler; Dr. Sergey Lotkhov
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445530728

Dualitätseffekte von Bloch- und Josephson-Oszillationen stellen eine faszinierende neue Physik dar, mit möglichen zukünftigen Anwendungen in der Metrologie. Obwohl ihr Fußabdruck bereits Anfang der neunziger Jahre enthüllt wurde, war die eindeutige Beobachtung von Bloch-Oszillationen in den letzten Jahrzehnten eine große technische Herausforderung. Während der ersten geförderten Projektphase ist es uns gelungen, Bloch-Oszillationen in kleinen Josephson-Kontakten zu synchronisieren und duale Shapiro-Stufen des quantisierten Stroms IB = 2e x f_drive zu beobachten, wobei f_drive die Ansteuerfrequenz von einigen GHz ist. Darüber hinaus wurden bedeutende theoretische Fortschritte bei der Beschreibung der Ladungsdynamik und der Ausarbeitung neuartiger Schaltungen erzielt. Thermische Fluktuationen und Zener-Tunneleffekte stellen jedoch immer noch erhebliche Engpässe für die weitere Untersuchung von Dualitätseffekten dar und müssen durch die Verwendung nichttrivialer Schaltungskonzepte umgangen werden. In dem neuen gemeinsamen Projekt werden wir uns auf Phasensynchronisationseffekten in Schaltkreisen mit stabilen und kohärenten Bloch-Oszillationen fokussieren, die sowohl von externen als auch von On-Chip-Oszillationsquellen angetrieben werden. Der Zweck dieser Untersuchungen, die auf künftige Anwendungen in der Strommetrologie abzielen, besteht darin, neue Erkenntnisse über die Synchronisationsmechanismen zu gewinnen und wesentliche Verbesserungen bei der Unterdrückung der oben genannten Fehlerprozesse zu erzielen. Unser Ziel ist es, die fundamentale Strom-Frequenz-Relation und das von-Klitzing-Widerstandsquantum, I = 2e x f und V/I = R_k = h/4e^2, mit einer relativen Genauigkeit von besser als 100 ppm über einen kontinuierlichen Frequenzbereich von 1 GHz nachzuweisen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen