Projektbeschreibung
Geheimnisse topologischer Materialien mit Symmetrie entschlüsseln
Die Entschlüsselung des Potenzials von Festkörpermaterialien mit topologischen (kristallinen) Isolatorzuständen (TI und TCI) für Bauelemente stellt nach wie vor eine gewaltige Herausforderung dar. Tausende TI- und TCI-Kandidaten wurden durch theoretische Berechnungen identifiziert, aber ihre praktische Anwendbarkeit wird durch begrenztes Wissen über experimentelle Signaturen und vorteilhafte Eigenschaften behindert. In diesem Zusammenhang wird über das ERC-finanzierte Projekt TopoRosetta die Gruppentheorie der Kristallsymmetrien genutzt, um deren schwer fassbare universelle Quantenreaktionen zu entschlüsseln. Mit dieser bahnbrechenden Initiative wird angestrebt, einen Stein von Rosette zu schaffen, der undurchsichtige mathematische topologische Klassifizierungen in greifbare experimentelle Messwerte übersetzt. Mit dem Schwerpunkt auf spin- und orbitalaufgelösten Reaktionen und supraleitenden Übergängen besteht das Ziel von TopoRosetta darin, Festkörper-TIs und TCIs von theoretischen Kuriositäten in reale Innovationen in der Chemie, Materialwissenschaft und Quantengeräten zu verwandeln.
Ziel
Solid-state materials hosting topological insulating (TI) states have been intensely studied following predictions that their bulk and surface features may serve as robust platforms for spintronics, quantum computing, and magnetoelectric responses. 3D topological crystalline insulator (TCI) states protected by crystal symmetries have also been predicted, and through first-principles (DFT) calculations, thousands of candidate TIs and TCIs have been identified, including correlated charge-density-wave and magnetic variants. Though topological materials can readily be mathematically classified, we still do not know the bulk experimental signatures and advantageous properties of most topological states, limiting their practical applicability in chemistry, materials science, and quantum devices. To unlock the immense promise of solid-state TIs and TCIs, I propose to leverage the group theory of crystal symmetries to produce a Rosetta Stone to translate the mathematical topological classification into robust and intuitive experimental observables, such as the spin and charge trapped by defects and new electromagnetic responses. First, we will devise theories of topological spin-, orbital- (valley-), and layer-resolved bulk, surface, and crystal defect responses in 3D TCIs and introduce numerical methods for their identification in real materials. Next, we will for the first time construct a position-space, symmetry-based methodology for systematically enumerating and analyzing superconducting (SC) TCIs, which may host excitations advantageous to the storage and manipulation of quantum information. We will introduce the fundamentally new notion of SC symmetry groups to characterize SC TCIs by exploiting tension between their position- and momentum-space descriptions. This will uniquely allow us to side-step specifying the mechanism or strength of the SC order. For both lines of inquiry, we will apply data mining and DFT to identify and characterize material candidates.
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Siehe: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thema/Themen
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
(öffnet in neuem Fenster) ERC-2023-STG
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