Projektbeschreibung
Ein Atom nach dem anderen zusammenfügen: Designer-Supraleiter für Raumtemperatur in Sicht
Supraleiter sind eine vielfältige Gruppe von Materialien, zu der Metalle, Keramiken, organische Materialien und stark dotierte Halbleiter zählen, in denen Elektronen ohne Widerstand von Atom zu Atom springen. Ungeachtet ihrer Vielfalt bergen sie ein schwer fassbares Rätsel, das sich technisch kaum nachvollziehen lässt, was besonders für Supraleitung bei Temperaturen gilt, die leicht mit einfachen Verfahren erreichbar sind. Das EU-finanzierte Projekt DESIQM entwickelt nun ein revolutionäres Verfahren, mit dem abstimmbare Elektronenwechselwirkungen erzeugt werden können. Erstmals werden hier mithilfe eines Bottom-up-Design-Paradigmas für atomweises Zusammenfügen wichtige Hindernisse überwunden. Dies bereitet Designer-Supraleitern für Raumtemperatur, die aus interagierenden Quantenmetamaterialien entstehen, den Weg.
Ziel
Despite intense research activity, most new superconductors are discovered by chance, rather than by deliberate design. Consequently, they have limited tunability, which has plagued progress towards a room-temperature demonstration. In particular, electron interactions are extremely challenging to tune, but are assumed to be vital in most high-temperature superconductors. Here I introduce a new paradigm for the bottom-up fabrication of custom-designed superconductors, called interacting quantum metamaterials. These metamaterials are precisely constructed, one atom at a time, using a scanning tunneling microscope. They inherit tunable, strong electron interactions from their unique substrate: a topological Kondo insulator (TKI). A TKI substrate neatly overcomes the two impediments for interacting quantum metamaterials: it hosts quasiparticles that move slow enough to interact with one another, and it is a true topological bulk insulator, which electrically confines these quasiparticles to the surface, where they are easily accessed and manipulated. By rearranging surface atoms, I will create metamaterial geometries that localize these novel TKI surface quasiparticles in order to mimic the parent state of many high-temperature superconductors, a Mott-like insulator. Then, I will adjust the electron concentration by tip-induced electrostatic gating and behold the onset of superconductivity in a fully tunable experimental platform. These results will open a new path to room-temperature superconductors, leading to highly efficient power transmission and storage, which can reduce CO2 emissions and slow climate change.
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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