Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

Equilibrium and out-of-equilibrium quantum phenomena in superconducting hybrids with antiferromagnets and topological insulators

Alternativ tittel: Likevekts og ikke-likevekts kvantefenomen i superledende hybridsturkturer med antiferromagneter og topologiske isolatorer.

Tildelt: kr 8,6 mill.

Kombinasjonen av materialer med ulike egenskaper kan gi opphav til nye kvantefysiske effekter som ikke oppstår i individuelle materialer. Et eksempel er den effektive konverteringen mellom ladningsstrøm og spinnstrøm når man kombinerer tunge metaller med superledere. I materialer eksisterer det andre partikler enn de velkjente partiklene som danner atomer. Det eksisterer i magnetiske materialer en partikkel som kalles for et magnon. Det foregår i dag intens forskning for å identifisere kombinasjoner av materialer som kan føre til økt spinntransport som et alternativ til ladningstransporten som danner grunnlaget for elektronikk. En del av denne forskningen spesialiserer seg på kombinasjonen av ferromagnetiske og superledende materialer. En annen material-type med interessante egenskaper vedrørende spinn er topologiske isolatorer. Disse tilstandene er robuste i den forstand at de oppstår til tross for urenheter i materialet samt at de er beskyttede mot bestemte typer ekstern påvirkning som materialet kan utsettes for. Vi kommer til å utvikle dette både for systemer i likevekt samt systemer drevet ut av likevekt, for eksempel via en påtrykt elektrisk strøm eller varmeoverføring. Å etablere et teoretisk grunnlag for fenomener i materialer som store termoelektriske effekter, spinnoverføring mellom antiferromagnetiske magnoner og elektroner i superledere, vil føre til et vesentlig fremskritt i dette forskningsfeltet. Bruken av antiferromagneter er fordelaktig av flere grunner. Å bruke antiferromagneter i stedet for ferromagneter fører dessuten til at tidsavhengige effekter kan operere ved mye høyere frekvens (THz i stedet for GHz). Alle disse egenskapene er relevante med tanke på potensielle anvendelser. Et nøkkelelement i dette forskningsprosjektet vil derfor være å avgjøre i hvilken grad ferromagnetiske elementer i superledende innretninger kan erstattes med antiferromagnetiske materialer, som altså mer mye mer robuste mot ekstern støy og forstyrrelser.

The main research question is which quantum physical effects can occur in hybrid structures involving antiferromagnets, topological insulators and/or superconductors, both in and out of equilibrium. In equilibrium, the main emphasis is placed on discovering new superconducting stated mediated by squeezed magnons and how the magnon squeezing can be strongly enhanced. Out of equilibrium, the goal is to develop a general kinetic theory for transport phenomena of spin, heat, and charge. The project objectives described above have not been addressed previously in the literature. The successful demonstration of large thermoelectric effects and coupled magnonic and Cooper pair spin supercurrents would have a large impact on the field of superconducting spintronics and with high likelihood spawn experimental activity. Using antiferromagnets rather than ferromagnets is advantageous for several reasons. One is the absence of a net magnetic moment in antiferromagnet, which makes is much more robust toward external magnetic field perturbations that might disrupt spin signals. Also, the dynamics of antiferromagnets is much faster than ferromagnets. Finally, antiferromagnets have no stray field which can disturb other magnetic elements in close proximity, which is important for potential applications. Moreover, the phenomenon of squeezing magnons, which we will utilize heavily, is uniquely a prominent feature of quantum antiferromagnets, unlike in ferromagnets. Namely, a spin-1 object may be viewed as a coherent superposition of odd-numbered states of spin-1 magnons, giving rise to strong quantum fluctuations. For the above reasons, it is clear that demonstration of strong-coupling superconductivity via squeezed magnons as well as new non-equilibrium phenomena governing the transport of charge, spin, and heat in antiferromagnet/superconductor structures is likely to have a considerable impact and elicit interest from theorists and experimentalists alike.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Aktivitet:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek