Icke-Hermitisk topologi för nya supraledande stater

Projekttitel: Icke-Hermitisk topologi för nya supraledande stater
Huvudsökande: Jorge Luis Cayao Diaz, avdelningen för materialteori
Beviljade medel: 4 000 000 SEK för perioden 2022-2025

Materials förmåga till supraledning har sedan dess upptäck fått mycket stor uppmärksamhet, inte bara på grund av dess grundläggande mekanismer utan också på grund av dess stora antal applikationer för framväxande kvantteknologier, och är därav också ett av kärnområdena inom fysik. En av huvudanledningar bakom detta är att supraledning är en unik manifestation av kvantmekanik på en makroskopisk skala, som redan ligger till grund för unika dagliga tillämpningar. De ovanliga egenskaperna hos supraledare kan spåras tillbaka till deras byggstenar, Cooper-paren, vilka är par av elektroner som binds samman under en given kritisk temperatur. Således beror egenskaperna hos ett supraledande tillstånd på vilken typ av Cooper-par som bildas och vår förståelse och kontroll av denna parbildning avgör de potentiella tillämpningarna. Ett mycket lovande sätt för att skapa supraledande tillstånd med både mycket kontrollerbara egenskaper och bra användbarhet är att kombinera konventionella supraledare med icke-supraledande material. Detta eftersom att ett icke-supraledande material kan omvandla supraledarens Cooper-par till mycket mer exotiska Cooper-par vilket möjliggör nya supraledande tillstånd. Merparten av forskningen om hur man skapar nya Cooper-par har gjorts i isolerade system, vilket nyligen har lett till förutsägandet av topologisk supraledning, en ny typ av supraledare som kan användas för dekoherensfria kvantberäkningar. Eftersom dessa förutsägelser fokuserar på isolerade system stämmer de experimentella förverkligandena, vilket inkluderar verkliga system som nödvändigtvis kopplats till deras omgivning, inte överens med teorin och är fortfarande en utmanande uppgift. Det faktum att fysiska system vanligtvis är kopplade till sin miljö får dem att bete sig som öppna system, där energi utbyts och förluster uppstår. Till skillnad från isolerade system, vilka beskrivs av hermitiska modeller som leder till reella energier, beskrivs istället öppna system av icke-hermitiska modeller som leder till komplexa energier. Nyligen har det visat sig att dissipation i icke-supraledande icke-hermitiska system möjliggör topologiska tillstånd utan analogi i hermitiska sammanhang. Flera egenskaper har utnyttjats i dessa system och hittat intressanta applikationsmöjligheter såsom inom högpresterande lasrar, sensorer och topologiska avledande enheter. Trots de enorma framstegen har de flesta studier dock fokuserat på icke-supraledande system och lämnar icke-hermitisk supraledningsförmåga till stor del outforskat. De inneboende supraledande egenskaperna gör supraledare mycket mer lovande än material i det normala tillståndet, med framträdande applikationer för verkliga fysiska enheter. Syftet med detta projekt är att teoretiskt utforska, upptäcka och karakterisera helt nya supraledande tillstånd genom nya kombinationer av konventionell supraledning och icke-hermitiska effekter. För att uppnå dessa mål är projektet organiserat i fyra relaterade delprojekt där jag kommer att använda min tidigare erfarenhet för att utveckla moderna analytiska och numeriska metoder för att undersöka samspelet mellan supraledning och icke-hermitisk fysik. Detta kommer att ge grundläggande förståelse för den framväxande icke-hermitiska supraledningen och gör det möjligt att utforma detekteringsstrategier för potentiella applikationer. Genom att länka samman supraledningsförmåga och icke-hermitisk fysik öppnar detta projekt ett nytt forskningsfält.