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Nonlinear Optical and Electrical Phenomena in Topological Semimetals

Projektbeschreibung

Wie ein bisschen Licht in exotischen Semimetallen viel Strom erzeugt

Im Jahr 2016 ging der Nobelpreis für Physik an theoretische Physiker. In deren Arbeit wurde nachgewiesen, wie bedeutsam die Topologie für unser Verständnis exotischer Zustände der Materie ist. Topologie ist die Lehre von den Eigenschaften geometrischer Objekte, die ungeachtet von Verformung, Verdrehung und Dehnung erhalten bleiben. Sie kam zum Einsatz, um Dinge wie die reibungsfreie Flüssigkeitsströmung in sehr dünnen Schichten zu erklären. Die Entdeckung einer neuen topologischen Phase der Materie, der sogenannten topologischen Semimetalle, hat große Aufmerksamkeit erregt, da hier bei den Quantenmaterialien Neuland beschritten wird und es Potenzial für völlig neue Anwendungen gibt. Das EU-finanzierte Projekt NonlinearTopo erweitert unser Wissen über diese exotischen Materialien. Schwerpunkt dabei sind nichtlineare optische Phänomene einschließlich der Erzeugung eines enormen Fotostroms, der bei elektrooptischen Bauelementen ausgenutzt werden könnte.

Ziel

In the past decade, the band-structure topology and related topological materials have been intensively studied mostly by revealing their unique surface states. The current proposal sets a new paradigm by focusing on nonlinear optical phenomena in topological semimetals (TSMs). I aim to investigate the photocurrent and second-harmonic generation, as well as to discover novel nonlinear effects. The strength of TSMs lies in the fact that the giant Berry curvature in their band-crossing regions (e.g. Weyl points) can strongly boost these nonlinear effects, such as inducing a colossal photocurrent. Current understanding of the photocurrent is based on a model that considers the two-band transition within a Weyl cone. In the field of nonlinear optics, however, it is known that the photocurrent largely comes from three-band virtual transitions. Unfortunately, the nonlinear optics theory cannot be simply applied to TSMs due to the unphysical divergence of the photocurrent at band-crossing points. Therefore, I propose to bring the concept of three-band transitions to TSMs by reformulating the photocurrent theory framework. The new methodology represents the challenging and ground-breaking nature of the current proposal. Beyond the optical excitation, I further propose to explore exotic nonlinear electric and thermoelectric phenomena at the zero-frequency limit. I aim to build up a diagnostic tool that explores the nonlinear phenomena in a vast number of real TSM materials and directly probe the bulk topology by investigating their nonlinear properties. For example, my recent results have exposed a new group of Weyl points in a well-known Weyl semimetal by analysing the photocurrent distribution in its band structure. External perturbations can sensitively modify the TSM band structure, hence tune the induced photocurrent. This controllable photocurrent opens the door for novel device concepts, such as an optoelectronic transistor controlled by an external magnetic field.

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: Das European Science Vocabulary.

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Schlüsselbegriffe

Schlüsselbegriffe des Projekts, wie vom Projektkoordinator angegeben. Nicht zu verwechseln mit der EuroSciVoc-Taxonomie (Wissenschaftliches Gebiet).

Programm/Programme

Mehrjährige Finanzierungsprogramme, in denen die Prioritäten der EU für Forschung und Innovation festgelegt sind.

Thema/Themen

Aufforderungen zur Einreichung von Vorschlägen sind nach Themen gegliedert. Ein Thema definiert einen bestimmten Bereich oder ein Gebiet, zu dem Vorschläge eingereicht werden können. Die Beschreibung eines Themas umfasst seinen spezifischen Umfang und die erwarteten Auswirkungen des finanzierten Projekts.

Finanzierungsplan

Finanzierungsregelung (oder „Art der Maßnahme“) innerhalb eines Programms mit gemeinsamen Merkmalen. Sieht folgendes vor: den Umfang der finanzierten Maßnahmen, den Erstattungssatz, spezifische Bewertungskriterien für die Finanzierung und die Verwendung vereinfachter Kostenformen wie Pauschalbeträge.

ERC-COG - Consolidator Grant

Alle im Rahmen dieses Finanzierungsinstruments finanzierten Projekte anzeigen

Aufforderung zur Vorschlagseinreichung

Verfahren zur Aufforderung zur Einreichung von Projektvorschlägen mit dem Ziel, eine EU-Finanzierung zu erhalten.

(öffnet in neuem Fenster) ERC-2018-COG

Alle im Rahmen dieser Aufforderung zur Einreichung von Vorschlägen finanzierten Projekte anzeigen

Gastgebende Einrichtung

WEIZMANN INSTITUTE OF SCIENCE
Netto-EU-Beitrag

Finanzieller Nettobeitrag der EU. Der Geldbetrag, den der Beteiligte erhält, abzüglich des EU-Beitrags an mit ihm verbundene Dritte. Berücksichtigt die Aufteilung des EU-Finanzbeitrags zwischen den direkten Begünstigten des Projekts und anderen Arten von Beteiligten, wie z. B. Dritten.

€ 1 721 706,00
Gesamtkosten

Die Gesamtkosten, die dieser Organisation durch die Beteiligung am Projekt entstanden sind, einschließlich der direkten und indirekten Kosten. Dieser Betrag ist Teil des Gesamtbudgets des Projekts.

€ 1 721 706,00

Begünstigte (1)

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