@phdthesis{Breunig2021,
  author    = {Breunig, Daniel Manfred},
  title     = {Transport properties and proximity effect of topological hybrid structures},
  doi       = {10.25972/OPUS-25054},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-250546},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {Over the last two decades, accompanied by their prediction and ensuing realization, topological non-trivial materials like topological insulators, Dirac semimetals, and Weyl semimetals have been in the focus of mesoscopic condensed matter research. While hosting a plethora of intriguing physical phenomena all on their own, even more fascinating features emerge when superconducting order is included. Their intrinsically pronounced spin-orbit coupling leads to peculiar, time-reversal symmetry protected surface states, unconventional superconductivity, and even to the emergence of exotic bound states in appropriate setups. This Thesis explores various junctions built from - or incorporating - topological materials in contact with superconducting order, placing particular emphasis on the transport properties and the proximity effect. We begin with the analysis of Josephson junctions where planar samples of mercury telluride are sandwiched between conventional superconducting contacts. The surprising observation of pronounced excess currents in experiments, which can be well described by the Blonder-Tinkham-Klapwijk theory, has long been an ambiguous issue in this field, since the necessary presumptions are seemingly not met. We propose a resolution to this predicament by demonstrating that the interface properties in hybrid nanostructures of distinctly different materials yet corroborate these assumptions and explain the outcome. An experimental realization is feasible by gating the contacts. We then proceed with NSN junctions based on time-reversal symmetry broken Weyl semimetals and including superconducting order. Due to the anisotropy of the electron band structure, both the transport properties as well as the proximity effect depend substantially on the orientation of the interfaces between the materials. Moreover, an imbalance can be induced in the electron population between Weyl nodes of opposite chirality, resulting in a non-vanishing spin polarization of the Cooper pairs leaking into the normal contacts. We show that such a system features a tunable dipole character with possible applications in spintronics. Finally, we consider partially superconducting surface states of three-dimensional topological insulators. Tuning such a system into the so-called bipolar setup, this results in the formation of equal-spin Cooper pairs inside the superconductor, while simultaneously acting as a filter for non-local singlet pairing. The creation and manipulation of these spin-polarized Cooper pairs can be achieved by mere electronic switching processes and in the absence of any magnetic order, rendering such a nanostructure an interesting system for superconducting spintronics. The inherent spin-orbit coupling of the surface state is crucial for this observation, as is the bipolar setup which strongly promotes non-local Andreev processes.},
  subject      = {Supraleitung},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kiesel2012,
  author    = {Kiesel, Maximilian Ludwig},
  title     = {Unconventional Superconductivity in Cuprates, Cobaltates and Graphene: What is Universal and what is Material-Dependent in strongly versus weakly Correlated Materials?},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-76421},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Eine allgemeing{\"u}ltige Theorie f{\"u}r alle unterschiedlichen Arten von unkonventionellen Supraleitern ist immer noch eine der ungel{\"o}sten Kernfragen der Festk{\"o}rperphysik. Momentan ist es nicht einmal bewiesen, dass es {\"u}berhaupt einen gemeinsamen grundlegenden Mechanismus gibt, sondern es m{\"u}ssen vielleicht mehrere verschiedene Ursachen f{\"u}r unkonventionelle Supraleitung ber{\"u}cksichtigt werden. Der Einfluss der Elektron-Phonon-Wechselwirkung ist dabei noch nicht abschließend gekl{\"a}rt. In dieser Dissertation wird ein rein elektronischer Paarungsmechanismus untersucht, in welchem die Paarung durch Spin-Fluktuationen vermittelt wird, was nach dem aktuellen Stand der Forschung auf dem Gebiet der unkonventionellen Supraleiter am wahrscheinlichsten ist. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Bestimmung von Material-unabh{\"a}ngigen Eigenschaften der supraleitenden Phase. Diese k{\"o}nnen durch eine Auswahl sehr unterschiedlicher Systeme herausgearbeitet werden. Eine Untersuchung der Phasendiagramme gibt außerdem Auskunft dar{\"u}ber, welche konkurrierenden Quantenfluktuationen den supraleitenden Zustand abschw{\"a}chen oder verst{\"a}rken. F{\"u}r diese Analyse von sehr unterschiedlichen supraleitenden Materialien ist der Einsatz einer einzelnen numerischen L{\"o}sungsmethode unzureichend. F{\"u}r diese Dissertation ist dies aber kein Nachteil, sondern vielmehr ein großer Vorteil, da der Einsatz verschiedener Techniken die Abh{\"a}ngigkeit der Ergebnisse von der verwendeten Numerik reduziert und dadurch der grundlegende Mechanismus besser untersucht werden kann. Im speziellen werden in dieser Dissertation die Kuprate mit der Variationellen Clustern{\"a}herung ausgewertet, weil die Elektronen hier eine starke Wechselwirkung untereinander besitzen. Besonders die Frage eines m{\"o}glichen Klebstoffs f{\"u}r die Cooper-Paare wird ausf{\"u}hrlich diskutiert, auch mit einer Unterscheidung in retardierte und nicht-retardierte Betr{\"a}ge. Den Kupraten werden das Kobaltat NaCoO sowie Graphen gegen{\"u}bergestellt. Diese Materialien sind jedoch schwach korrelierte Systeme, so dass hier die Funkionelle Renormierungsgruppe als numerisches Grundger{\"u}st dient. Die Ergebnisse sind reichhaltige Phasendiagramme mit vielen verschiedenen langreichweitigen Ordnungen, wie zum Beispiel d+id-wellenartige Supraleitung. Diese bricht die Zeitumkehr-Symmetrie und besitzt eine vollst{\"a}ndige Bandl{\"u}cke, welche im Falle von NaCoO jedoch eine stark Dotierungs-abh{\"a}ngige Anisotropie aufweist. Als letztes wird das Kagome-Gitter allgemein diskutiert, ohne ein konkretes Material zu beschreiben. Hier hat eine destruktive Interferenz zwischen den Elektronen auf verschiedenen Untergittern drastische Auswirkungen auf die Instabilit{\"a}ten der Fermi-Fl{\"a}che, so dass die {\"u}bliche Spin-Dichte-Welle und die damit verbundene d+id-wellenartige Supraleitung unterdr{\"u}ckt werden. Dadurch treten ungew{\"o}hnliche Spin- und Ladungsdichte-Ordnungen sowie eine nematische Pomeranchuck Instabilit{\"a}t hervor. Zusammengefasst bietet diese Dissertation einen Einblick in unterschiedliche Materialklassen von unkonventionellen Supraleitern. Dadurch wird es m{\"o}glich, die Material-spezifischen Eigenschaften von den universellen zu trennen.},
  subject      = {Supraleitung},
  language  = {en}
}