Physikalisches Institut

Geförderte Projekte

Semifluxonen in ferromagnetischen 0-π Josephson-Kontakten (DFG)

Projektleiter: E. Goldobin, R. Kleiner

Gemeinschaftsprojekt mit H. Kohlstedt (Univ. Kiel)

Projektbeginn: Juli 2010

Zusammenfassung:

In 0-π Josephson-Kontakten können sich halbzahlige Flussquanten (Semifluxonen) spontan bilden. Die Physik solcher Semifluxonen und mögliche Anwendungen in supraleitenden Schaltkreisen sollen im Projekt erforscht werden. Hierbei realisieren wir 0-π Josephson-Kontakte auf der Basis von Supraleiter-Isolator-Ferromagnet-Supraleiter (SIFS)-Strukturen, welche eine große Flexibilität im Design bieten. An diesen Strukturen sollen Experimente mit fraktionalen Flussquanten als klassische, nichtlineare Objekte in einem Temperaturbereich zwischen 300 mK und 6 K durchgeführt werden. Die Reduzierung der Flussquantengröße soll bislang nicht mögliche Untersuchungen von Multiflussquanten (Flussquantenmolekülen) und sogar von eindimensionalen Flussquantenkristallen ermöglichen. Hierbei soll die Wechselwirkung fraktionaler Flussquanten miteinander, wie z.B. das gemeinsame Umschalten, bzw. die Aufspaltung der Eigenfrequenzen, sowie die Interaktion mit ganzzahligen Flussquanten untersucht werden. Das Projekt soll die 0-π Josephson-Technologie voranbringen, was auch für Anwendungen im Bereich klassischer oder quantenmechanischer Schaltkreise mit "self-bias" bedeutsam sein wird. Das Projekt soll das Verständnis der Physik fraktionaler Flussquanten erweitern und neue Anwendungsmöglichkeiten der SIFS-Technologie aufzeigen.

ERC advanced grant "SOCATHES" (solid state/cold atom hybrid quantum devices)

Projektleiter: R. Kleiner

Gemeinschaftsprojekt mit J. Fortágh (Univ. Tübingen)

Projektbeginn: Januar 2009

Zusammenfassung:

In dem Projekt "SOCATHES" werden die Eigenschaften von supraleitenden Festkörperbauelementen untersucht, welche mit ultrakalten verdünnten atomaren Gasen gekoppelt werden und dann ihre quantenmechanischen Eigenschaften auf diese Atome übertragen. Dadurch werden in Zukunft neuartige ultragenaue Messgeräte möglich sein.

Pressemitteilung

Fractional Josephson vortices in the quantum limit (TRR21/A5)

Projektleiter: E. Goldobin, R. Kleiner

Gemeinschaftsprojekt mit W. Schleich (Univ. Ulm)

Projektbeginn: Juli 2009 (2. Förderperiode)

Zusammenfassung:

In der zweiten Förderphase sollen experimentelle wie theoretische Untersuchungen an Systemen fraktionaler Flusswirbel weitergeführt werden, wobei der Schwerpunkt auf den jetzt zugänglichen Quanteneigenschaften liegt. Auf theoretischer Seite soll weiterhin die Analogie zwischen kalten atomaren Gasen und Josephsonkontakten auf beliebige fraktionale Wirbel erweitert werden.

Superconducting mictrotraps (TRR21/C2)

Projektleiter: D. Kölle

Gemeinschaftsprojekt mit T. Dahm, J. Fórtagh (Univ. Tübingen)

Projektbeginn: Juli 2009 (2. Förderperiode)

Zusammenfassung:

Zielsetzung des Projekts ist die Anwendung von kryogen gekühlten Mikrofallen für die kohärente Manipulation von ultrakalten Atomen und Bose-Einstein-Kondensaten und die Untersuchung von Kopplungsmechanismen zwischen Atomen und Supraleitern. Die Konstruktion von gekoppelten, Hybridquantensystemen bestehend aus Atomen und Supraleitern ist eine langfristige Zielsetzung des Projekts.

High-Tc ramp junctions & SQIFs (DFG)

Projektleiter: D. Kölle, R. Kleiner

Gemeinschaftsprojekt mit N. Schopohl (Univ. Tübingen)

Projektbeginn: Juli 2009

Zusammenfassung:

Im Projekt sollen Josephson-Rampenkontakte aus dem Hochtemperatursupraleiter YBa2Cu3O7 (YBCO) mit kontrollierten Grenzflächen- und Barriereneigenschaften realisiert werden. Mittels qualitativ hochwertiger YBCO Rampenkontakte sollen zwei Ziele erreicht werden: (i) Systematische experimentelle Untersuchungen des elektrischen Transports und Rauschens, kombiniert mit der ortsauflösenden Analyse mittels Tieftemperatur-Rasterelektronenmikroskopie (TTREM) und der theoretischen Modellierung basierend auf den quasiklassischen Eilenberger-Gleichungen, sollen ein Verständnis für die Transporteigenschaften von Rampenkontakten aus einem d-Wellensupraleiter, mit maßgeschneiderten Grenzflächen und Barrieren liefern. (ii) Zweidimensionale (2D) supraleitende Quanteninterferenzfilter (SQIFs) sollen hergestellt und untersucht werden. SQIFs sind Josephson-Interferometer die bewusst aus unregelmäßigen Arrays supraleitender Schleifen nach bestimmten statistischen Verteilungen zusammengesetzt sind. Solche Netzwerke liefern eine maßgeschneiderte charakteristische Antwort auf absolute Magnetfelder, welche mit extrem hoher Empfindlichkeit, Linearität und dynamischem Bereich messbar sind.

THz electronics (DFG/JST)

Projektleiter: R. Kleiner

Gemeinschaftsprojekt mit H. Wang (Tsukuba, Japan)

Projektbeginn: April 2009

Zusammenfassung:

Das Projekt zielt auf die Untersuchung und Optimierung der Erzeugung elektromagnetischer Wellen im THz-Bereich in Stapeln aus intrinsischen Josephson-Kontakten. Hierzu werden elektrische Transportmessungen, die direkte Detektion der elektromagnetischen Wellen und die Tieftemperatur-Rasterlasermikroskopie verwendet. Das Projekt kombiniert spezielle Techniken der beteiligten Forschergruppen zur Abbildung der räumlichen Verteilung von Strömen und elektrischen Feldern in supraleitenden Strukturen (Tübingen) und das Know-How und die Einrichtungen zur Herstellung kompletter supraleitender Strukturen mit gestapelten intrinsischen Josephson-Kontakten (Tsukuba). Das Ziel des Projekts ist das Verständnis des Mechanismus zur Erzeugung elektromagnetischer THz-Strahlung und die Optimierung der Stapel aus intrinsischen Josephson-Kontakten in Bezug auf Steuerbarkeit, Ausgangsleistung und Funktionalität.

Phi junctions (GIF)

Projektleiter: R. Kleiner, E. Goldobin

Gemeinschaftsprojekt mit R. Mints (Tel Aviv)

Projektbeginn: Januar 2009

Zusammenfassung:

Das experimentelle und theoretische Gemeinschaftsprojekt hat die Realisierung und Untersuchung künstlicher und kontrollierbarer Anordnungen von dicht gepackten 0- und π-Josephson-Kontakten zum Ziel. Insbesondere sollen sogenannte phi-Josephson-Kontakte (mit der Phase + phi oder - phi im entarteten Grundzustand) realisiert und untersucht werden. Das Verständnis der ungewöhnlichen elektromagnetischen Eigenschaften dieser Anordnungen ist wichtig sowohl in Bezug auf fundamentale physikalische Fragen, als auch für Anwendungen im Zusammenhang mit „Quantum Computing“ und anderen neuartigen supraleitenden elektronischen Bauelemente.

Lokaler Magnetotransport (DFG)

Projektleiter: D. Kölle

Gemeinschaftsprojekt mit S. B. T. Gönnenwein (WMI Garching)

Projektbeginn: September 2008

Zusammenfassung:

Die Physik magnetoresistiver Effekte ist für die Grundlagenforschung und für die Realisierung von spin-elektronischen Bauelementen von großem Interesse. Im Forschungsvorhaben soll der Einfluss der lokalen magnetischen Eigenschaften (Domänenbildung, Magnetisierungsorientierung) auf den Magnetwiderstand von ferromagnetischen dünnen Filmen und Heterostrukturen untersucht werden. Dazu sollen die lokalen elektrischen Transporteigenschaften mit Tieftemperatur-Raster-Lasermikroskopie (TTRLM) abgebildet und mit der magnetischen Domänenstruktur korreliert werden, welche simultan mit Hilfe des magnetooptischen Kerreffekts (MOKE) aufgezeichnet wird.

Paradoxe Effekte in Josephson-Kontakten (DFG)

Projektleiter: D. Kölle, R. Kleiner

Gemeinschaftsprojekt mit P. Reimann, R. Eichhorn (Univ. Bielefeld)

Projektbeginn: September 2007

Zusammenfassung:

In diesem Projekt sollen zwei verschiedene, sehr ungewöhnliche Phänomene in Josephson-Kontakten theoretisch und experimentell erforscht werden: 1. Absolut negativer Widerstand, d.h. das System generiert eine negative Spannung als Antwort auf einen positiven elektrischen Strom, und umgekehrt. 2. Eine Reduktion der Temperatur bewirkt einen Anstieg der quantenmechanischen Tunnelrate durch geeignet angeordnete Josephson-Kontakte und damit des elektrischen Spannungsabfalls über dem System bei fest vorgegebenem Strom. Das Projekt wird in enger Kollaboration der Arbeitsgruppen Theoretische Physik (P. Reimann und R. Eichhorn, Bielefeld) und Experimentalphysik (D. Kölle und R. Kleiner, Tübingen) durchgeführt. Es sollen sowohl die theoretischen Voraussagen experimentell mittels Josephson-Kontakten umgesetzt werden, als auch neuartige experimentelle Befunde in solchen Systemen theoretisch analysiert werden.

Ordnungsparameter-Symmetrie (DFG)

Projektleiter: R. Kleiner, D. Kölle

Gemeinschaftsprojekt mit N. Schopohl, T. Dahm (Univ. Tübingen)

Projektbeginn: März 2007

Zusammenfassung:

Während für den Ordnungsparameter (OP) lochdotierter Hochtemperatursupraleiter die d-Symmetrie etabliert werden konnte, ist dies für elektrondotierte Kuprate wie den „T’-Kupraten“ R2-xCexCuO4 (R = La, Nd, Pr, Sm, Eu) noch unklar. Das gleiche gilt für das Supraleiter/Ferromagnet-(S/F)-Hybrid RuSr2GdCu2O8, sowie für S/F-Übergitter etwa aus YBa2Cu3O7 und La0.67Ca0.33MnO3. Im Projekt soll die OP-Symmetrie in diesen Materialien als Funktion der Dotierung x, der Schichtdicken der Multilagen, der Temperatur und des Magnetfeldes mit zwei komplementären Messmethoden untersucht werden. Diese basieren auf dem Tunneln von Cooper-Paaren und Quasiteilchen. Im ersten Fall wird der Suprastrom in interferometrischen Anordnungen von Josephsonkontakten geeigneter Geometrie untersucht. Im zweiten Fall wird die Quasiteilchen-Leitfähigkeit von Tunnelkontakten im Hinblick auf das Vorliegen gebundener Andreev-Zustände analysiert. Die beiden Messmethoden sind auf sehr unterschiedlichen Längenskalen und Magnetfeldbereichen sensitiv und erlauben so fundierte Aussagen über die supraleitende Wellenfunktion. Die Messungen werden von theoretischen Berechnungen begleitet, die den Einfluss äußerer Magnetfelder, der Temperatur und der Realstruktur der Kontaktbarriere berücksichtigen. Wir erwarten dass durch die Auswahl der Materialien und der eingesetzten komplementären phasensensitiven Messmethoden wesentliche neue Einblicke in die Physik unkonventioneller (oxidischer) Supraleiter gewonnen werden.