Ladungs- und Spinanregungen am Rand von Quanten-Hall-Systemen
Final Report Abstract
Die in Randkanälen von Quanten-Hall-Proben lokalisierten Ladungs- und Spinanregungen zeigen eine Vielzahl interessanter Eigenschaften. Sie tragen maßgeblich zum Elektronentransport in diesen Systemen bei und führen, zusammen mit Unordnung, zur beobachteten Quantisierung des Hallwiderstandes. Dies ergibt sich aus der eindimensionalen Struktur der Randanregungen. Als Beispiele für hochkorrelierte Elektronensysteme, die sich nicht durch das auf übliche Metalle anwendbare Landausche Fermiflüssigkeitsbild beschreiben lassen, sind Randkanäle bei gebrochenzahligem Füllfaktor von besonderem Interesse für die Festkörperphysik. Die Untersuchung von Quanten-Hall-Systemen in neuartigen Probengeometrien bzw. deren Wechselwirkung mit supraleitenden Kontakten haben in jüngster Zeit immer wieder neue Kapitel interessanter Randkanalphysik aufgeschlagen. Im Rahmen unserer theoretischen Untersuchungen wurde das physikalische Verständnis von Ladungs- und Spinanregungen am Rand von Quanten-Hall-Proben auf mehreren Ebenen weiterentwickelt. Zum einen haben wir die statistischen Eigenschaften elektronischer Freiheitsgrade auf dem Rand von Quanten-Hall-Proben bei hierarchischen Füllfaktoren untersucht und damit eine Nagelprobe für die existierenden, sich zum Teil widersprechenden Theorien etabliert. Desweiteren haben wir Elektronentransport durch ausgedehnte, saubere Tunnelbarrieren zwischen Quanten-Hall-Rändern und zweidimensionalen Kontakten berechnet und dadurch neue Möglichkeiten für impulsaufgelöste Randkanalspektroskopie aufgezeigt. Bei unserer Untersuchung tunnelgekoppelter Randkanäle bei gebrochenzahligem Füllfaktor entdeckten wir das wechselwirkungsbedingte Auftreten exotischer Majorana-Quasiteilchen, die den aus der Hochenergiephysik bekannten Neutrinos gleichen. Wir haben die an der Grenzfläche zwischen Quanten-Hall-Systemen und Supraleitern existierenden neuartigen Randkanäle im Detail studiert und Experimentatoren bei der Interpretation und Analyse von aktuellen Transportdaten in solchen Hybridsystemen geholfen. Die Rolle von kohärentem Elektronentransport für Lokalisierungsphänomene in einem Hochfeld-Hallisolator wurde von uns aufgeklärt und damit neue Möglichkeiten zur Messung der Phasenkohärenzlänge in Quanten-Hall-Systemen eröffnet. Motiviert durch das große aktuelle Interesse an Fragestellungen zur Spintronik haben wir den spinabhängigen Transport durch Randkanäle mit Spin-Bahn-Kopplung betrachtet und das Auftreten von Spinpräzession von Randkanal-Elektronen nachgewiesen.
