Topological Synergy of Magnetism and Superconductivity

磁与超导的拓扑协同

基本信息

项目摘要

This is a DFG-RSF cooperation project with Landau Institute for Theoretical Physics (Chernogolovka, Moscow region) in the framework of the call for joint German-Russian project proposals in the field of physics and mathematics. Cooperation with the Russian group, which includes world-leading experts in topology, spintronics, superconducting nanostructures and quantum coherence, and is lead by Prof. Dr. Yakov Fominov, is crucial for the success of the proposal.Topology plays a major role in condensed matter physics, including both magnetism and superconductivity. Magnetic systems give rise to emergent topological objects such as skyrmions. Physical properties and manipulation of skyrmions attract much attention, also in view of potential applications in information storage. In superconducting materials, vortices are basic topological objects which play a crucial role in electromagnetic response. More recently a very different manifestation of topology in superconductors was discovered. Specifically, topological superconductors that host topologically protected gapless surface excitations have been theoretically predicted and engineered in heterostructures. These surface modes have a character of Majorana fermions.They are characterized by non-Abelian statistics and can be used for topological quantum computing.In this project we plan to explore the synergy of magnetic and superconducting topologies in hybrid superconductor-ferromagent (SF) structures. The guiding theme of this project is the fact that topology in one constituent of a heterostructure (magnetic of electronic) induces new properties, including possibly a new topology, in another constituent.The proposal consists of four Work Packages (WP). In WP I we explore topological textures in helimagnets, which provide novel approaches to the generation and control of Majorana bound states without nano-engineering. WP II deals with interplay of skyrmions and vortices in SF heterostructures. WP III investigates SF structures on surfaces of 3D topological insulators. In these structures Majorana modes emerge at 1D SF boundaries and are expected to strongly influence the magnetic dynamics. Finally, WP IV deals with long range Josephson effect induced by interaction between supercurrent and topological magnetic textures in SFS junctions.
这是与Landau理论物理学研究所(莫斯科切尔诺戈洛夫卡地区)的DFG-RSF合作项目,这是在物理和数学领域呼吁联合德国 - 俄罗斯项目提案的框架。与俄罗斯集团的合作,包括拓扑,旋转学,超导纳米结构和量子相干性领域的世界领先专家,并由Yakov Fominov教授领导,对于该提案的成功至关重要。Topogology在凝结物理学中起着重要作用,包括磁性物理学,包括磁性和超级义务。磁系统会产生新兴的拓扑对象,例如天空。鉴于信息存储中的潜在应用,物理特性和对天空的操纵引起了很多关注。在超导材料中,涡流是基本的拓扑对象,在电磁反应中起着至关重要的作用。最近,发现了超导体中拓扑的截然不同的表现。具体而言,从理论上预测并设计了异质结构的拓扑超导体。这些表面模式具有Majorana fermions的特征。它们的特征是非亚伯统计,可用于拓扑量子计算。在本项目中,我们计划探索磁性和超导拓扑的协同作用,在混合超级导体 - 弗洛术(SF)结构中。该项目的指导主题是一个事实,即在另一个组成部分中,异质结构(电子磁)的一种组成部分(电子磁)引起了新属性,包括可能是新的拓扑。该提案由四个工作套餐(WP)组成。在WP I中,我们探索了Helimagnets中的拓扑纹理,这些纹理为Majorana绑定状态的产生和控制提供了新的方法,而无需纳米工程。 WP II涉及SF异质结构中的Skyrmions和涡流的相互作用。 WP III研究了3D拓扑绝缘子表面上的SF结构。在这些结构中,主要模式在1D SF边界出现,并有望强烈影响磁化动力学。最后,WP IV处理了SFS连接中超电流和拓扑磁纹理之间相互作用引起的远距离约瑟夫森效应。

项目成果

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