Topologische und unkonventionelle Supraleiter
Ein aktuelles Thema, das in der letzten Zeit in den Fokus der physikalischen Forschung getreten ist, betrifft topologische Isolatoren und Supraleiter. In solchen Verbindungen weist der Einteilchen-Hamilton-Operator nicht triviale topologische Eigenschaften im reziproken Raum auf. In einfachen Fällen hat das Spektrum eine Energielücke im Inneren einer Probe, aber nicht an ihrem Rand bzw. an ihrer Oberfläche. Der topologische Ursprung macht die entsprechenden Oberflächenzustände sehr robust gegenüber Unordnung. Der Quanten-Hall-Effekt ist ein Beispiel, aber in den letzten Jahren ist klar geworden, dass die Konzepte sehr viel allgemeiner sind und insbesondere auch auf supraleitende Verbindungen angewendet werden können.
Konkret sind wir an Supraleitern mit Knoten (d.h. Nullstellen im reziproken Raum) der Energielücke interessiert, die dennoch nicht triviale topologische Invarianten aufweisen. Wir untersuchen Zustände an ihren Oberflächen, z.B. perfekt flache Energiebänder an der Fermi-Energie, die von Majorana-Teilchen gebildet werden. Majorana-Teilchen sind Fermionen, die ihre eigenen Antiteilchen sind. Wir untersuchen auch Effekte der Wechselwirkung zwischen den Majorana-Moden.
Ein weiteres Projekt beschäftigt sich mit supraleitenden Zuständen, die die Zeitumkehrsymmetrie brechen. Wir finden, dass, wenn mehrere Bänder zur supraleitenden Paarung beitragen, die Knoten generisch die Form von zweidimensionalen Fermi-Flächen annehmen. Das ist sehr überraschend, da solche Fermi-Flächen normalerweise als Markenzeichen normalleitender Metalle gelten.