Preisträger 2020: Dr. Sebastian Päckel

Topological and non-equilibrium superconductivity in low-dimensional strongly correlated quantum systems

Sebastian Paeckel hat unkonventionelle Supraleitung in stark korrelierten Elektronensystemen untersucht und dafür Simulationsmethoden auf der Basis neuester mathematischer Entwicklungen verwendet. Die 1911 entdeckte Supraleitung ist ein rein quantenmechanisches Phänomen, dessen vollständige Beschreibung bis heute nur näherungsweise möglich ist. Sebastian Paeckel verwandte den von ihm entwickelten Code und untersuchte zwei Aspekte unkonventioneller Supraleiter unter Berücksichtigung aller quantenmechanischer Effekte und Wechselwirkungen.

Zunächst widmete er sich der Fragestellung, ob eine optische Anregung mittels eines Laserpulses Supraleitung oberhalb der kritischen Temperatur induzieren kann, ein Effekt, auf dessen Existenz jüngste Experimente, beispielsweise an Buckminster-Fullerenen, hinweisen. Er formulierte in seiner Arbeit eine neuartige Messgröße, um Supraleitung, die in der Regel als ein Phänomen im thermodynamischen Gleichwicht beschrieben wird, auch nach Anregungen experimentell eindeutig nachzuweisen. Auf Grundlage dieser Messgröße konnte er die Möglichkeit solcher optisch angeregter Supraleitung theoretisch bestätigen.

Im zweiten Teil seiner Arbeit simulierte Sebastian Paeckel eine Heterostruktur aus einem topologischen Isolator mit aufgedampften Supraleiter, einen sogenannten topologischen Supraleiter. Solche Strukturen sind vielversprechende Kandidaten für fehlertolerante Qubits, allerdings ist die Lücke zwischen theoretischen Modellen und realen Systmen noch sehr groß. Sebastian Paeckel wandte eine von ihm entwickelte Formulierung zur effizienten Simulation solcher Systeme an und untersuchte den Einfluss von Halbleiterkontakten auf die Stabilität der topologischen Phase. Er fand eine überraschend starke Abhängigkeit sowie signifikante Korrelationseffekte zwischen Qubit und Halbleiterkontakt, was eine Erklärung für die problematische, bisherige experimentelle Datenlage liefern könnte.

Die Dissertation wurde von Priv.-Doz. Dr. Salvatore R. Manmana vom Institut für Theoretische Physik der Georg-August-Universität Göttingen betreut. Die Arbeit erfolgte im Rahmen der DFG-Forschergruppe FOR1807 „Advanced Computational Methods for Strongly Correlated Quantum Systems“.