Quantentransport, Bifurkationen und emergente dynamische Phasen in stark getriebenen Nanostrukturen

• Antragsteller: Dr. Ivan A. Dmitriev
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 319521081

Dieses theoretische Projekt behandelt zwei spektakuläre Nichtgleichgewichtsphänomene beim Tieftemperaturmagnetotransport in zweidimensionalen Elektronensystemen unter einer Strahlung: mikrowelleninduzierte Magnetowiderstandsoszillationen (MIRO) und die damit verbundenen Nullwiderstandszustände (ZRS). Die neuesten zeitaufgelösten Messungen der spontane Spannung ergaben die ersten direkten Nachweise der Domänenstrukturen in ZRS. Inzwischen wurde anhand derselben Experimente eine langsame Dynamik nachgewiesen (z.B. Selbstoszillationen des Ordnungsparameters oder fast periodische Umschaltungen zwischen Domänenkonfigurationen mit entgegengesetzter Polarität), die aufgrund der existierenden Theorie, die statische Domänen vorhersagt, als unerwartet erscheint. Ein Mechanismus der langsamen Dynamik, der die reichhaltige Dynamik der ZRS plausibel erklären kann, wurde vor Kurzem vom Projektleiter vorgeschlagen und wird im Projekt ausführlich erforscht. Die Zusammenarbeit mit den führenden experimentellen Forschungsgruppen soll zu erheblichen Fortschritten im Verständnis des dynamischen und statischen Verhaltens des Systems in ZRS führen. Bis vor Kurzem wurden MIRO und ZRS nur in AlGaAs/GaAs-Heterostrukturen mit hoher Elektronenbeweglichkeit beobachtet. Die neuesten experimentellen Techniken wie beispielsweise die lokale THz-Laserpulsanregung sowie schnelle technologische Fortschritte ermöglichen es, diese Zustände auch in anderen Materialen (momentan sind es p-type Si/SiGe, ZnO/MnZnO und Elektronen auf der Oberfläche von flüssigem Helium) zu beobachten. Die weiteren gemeinsamen theoretischen und experimentellen Untersuchungen sind dazu gedacht, (i) universelle und material-/geometrieabhängige Eigenschaften der erwähnten Phänomene gegeneinander abzugrenzen; (ii) allgemeine Bedingungen für die Beobachtung dieser Zustände aufzustellen; (iii) die übrigen Kontroversen wie z.B. die erstaunliche MIRO-Unempfindlichkeit gegenüber der Polarisation zu erklären, (iv) Materialparameter zu extrahieren, die bei normalen Transportmessungen unzugänglich sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen