Ratchet effects in superconducting thin films, Josephson junctions and quantum interferometers

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In Systemen mit periodischem Potential ohne Reflexionssymmetrie ("Ratschen-Potential") kann gerichtete Bewegung entstehen, ohne daß eine gerichtete äußere Kraft einwirkt. Dieser "Ratscheneffekt" kommt als Mechanismus für effektive Teilchenseparation oder für den Antrieb 'molekularer Motoren' in biologischen Systemen in Frage. Je nach Art des Potentials und einer im zeitlichen Mittel verschwindenden, deterministischen oder stochastischen äußeren Kraft, kann der Transport in RatschenSystemen vielfältige Formen annehmen. Der Teilchencharakter von magnetischen Abrikosov-Flußquanten in massiven Supraleitern bzw. Josephson-Fluxonen in supraleitenden Josephson-Kontakten, und die Periodizität der Josephson-Kopplungsenergie bieten ausgezeichnete Voraussetzungen für die experimentelle Realisierung und Untersuchung von Ratschen. Im Forschungsvorhaben werden Supraleiter-Ratschen aus Quanteninterferometern (SQUIDs), aus ringförmigen Josephson-Kontakten und aus Dünnfilmen mit künstlichen Haftzentren für Flußquantenverankerung hergestellt und untersucht, sowohl im Experiment als auch anhand numerischer Simulationsrechnungen. Wesentliches Ziel ist die experimentelle Überprüfung theoretischer Modelle zum Ratscheneffekt, unter unterschiedlichsten Bedingungen. Daraus sollen auch neue Erkenntnisse über die Natur des Ratscheneffekts erzielt werden, die bislang theoretischen Arbeiten nicht zugänglich waren. Zudem soll untersucht werden, inwiefern Ratscheneffekte für Anwendungen von Bauelementen in der Supraleitungselektronik in Frage kommen.