@phdthesis{Wilfert2019,
  author    = {Wilfert, Stefan},
  title     = {Rastertunnelmikroskopische und -spektroskopische Untersuchung von Supraleitern und topologischen Supraleitern},
  doi       = {10.25972/OPUS-18059},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-180597},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {Quantencomputer k{\"o}nnen manche Probleme deutlich effizienter l{\"o}sen als klassische Rechner. Bisherige Umsetzungen leiden jedoch an einer zu geringen Dekoh{\"a}renzzeit, weshalb die Lebenszeit der Quantenzust{\"a}nde einen limitierenden Faktor darstellt. Topologisch gesch{\"u}tzte Anregungen, wie Majorana-Fermionen, k{\"o}nnten hingegen dieses Hindernis {\"u}berwinden. Diese lassen sich beispielsweise in topologischen Supraleitern realisieren. Bis zum jetzigen Zeitpunkt existieren nur wenige Materialien, die dieses Ph{\"a}nomen aufweisen. Daher ist das Verst{\"a}ndnis der elektronischen Eigenschaften f{\"u}r solche Verbindungen von großer Bedeutung. In dieser Dissertation wird die Koexistenz von Supraleitung an der Probenoberfl{\"a}che und topologischem Oberfl{\"a}chenzustand (engl. topological surface state, TSS) auf potentiellen topologischen Supraleitern {\"u}berpr{\"u}ft. Diese beiden Bedingungen sind essentiell zur Ausbildung von topologischer Supraleitung in zeitumkehrgesch{\"u}tzten Systemen. Hierzu wird mittels Landaulevelspektroskopie und Quasiteilcheninterferenz das Vorhandensein des TSS am Ferminiveau auf Tl\$_{x}\$Bi\$_{2}\$Te\$_{3}\$ und Nb\$_{x}\$Bi\$_{2}\$Se\$_{3}\$ verifiziert, die mittels Transportmessungen als supraleitend identifiziert wurden. Anschließend folgen hochaufgel{\"o}ste Spektroskopien an der Fermienergie, um die supraleitenden Eigenschaften zu analysieren. Zur Interpretation der analysierten Eigenschaften wird zu Beginn der Ni-haltige Schwere-Fermion-Supraleiter TlNi\$_{2}\$Se\$_{2}\$ untersucht, der eine vergleichbare {\"U}bergangstemperatur besitzt. Anhand diesem werden die g{\"a}ngigen Messmethoden der Rastertunnelmikroskopie und -spektroskopie f{\"u}r supraleitende Proben vorgestellt und die Leistungsf{\"a}higkeit der Messapparatur demonstriert. Im Einklang mit der Literatur zeigt sich ein \$s\$-Wellencharakter des Paarungsmechanismus sowie die Formation eines f{\"u}r Typ~II-Supraleiter typischen Abrikosov-Gitters in schwachen externen Magnetfeldern. Im folgenden Teil werden die potentiellen topologischen Supraleiter Tl\$_{x}\$Bi\$_{2}\$Te\$_{3}\$ und Nb\$_{x}\$Bi\$_{2}\$Se\$_{3}\$ begutachtet, f{\"u}r die eindeutig ein TSS best{\"a}tigt wird. Allerdings weisen beide Materialien keine Oberfl{\"a}chensupraleitung auf, was vermutlich durch eine Entkopplung der Oberfl{\"a}che vom Volumen durch Bandverbiegung zu erkl{\"a}ren ist. Unbeabsichtigte Kollisionen der Spitze mit der Probe f{\"u}hren jedoch zu supraleitenden Spitzen, die wesentlich erh{\"o}hte Werte f{\"u}r die kritische Temperatur und das kritische Feld zeigen. Der letzte Abschnitt widmet sich dem supraleitenden Substrat Nb(110), f{\"u}r den der Reinigungsprozess erl{\"a}utert wird. Hierbei sind kurze Heizschritte bis nahe des Schmelzpunktes n{\"o}tig, um die bei Umgebungsbedingungen entstehende Sauerstoffrekonstruktion effektiv zu entfernen. Des Weiteren werden die elektronischen Eigenschaften untersucht, die eine Oberfl{\"a}chenresonanz zum Vorschein bringen. Hochaufgel{\"o}ste Messungen lassen eine durch die BCS-Theorie gut repr{\"a}sentierte Struktur der supraleitenden Energiel{\"u}cke erkennen. Magnetfeldabh{\"a}ngige Experimente offenbaren zudem eine mit der Kristallstruktur vereinbare Anisotropie des Paarungspotentials. Mit diesen Erkenntnissen kann Nb(110) zuk{\"u}nftig als Ausgang f{\"u}r das Wachstum von topologischen Supraleitern herangezogen werden.},
  subject      = {Supraleitung},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Baumann2024,
  author    = {Baumann, Johannes},
  title     = {Induced Superconductivity in HgTe Quantum Point Contacts},
  doi       = {10.25972/OPUS-36940},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-369405},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2024},
  abstract  = {In this thesis, the Josephson effect in mercury telluride based superconducting quantum point contacts (SQPCs) is studied. Implementing such confined structures into topological superconductors has been proposed as a means to detect and braid Majorana fermions. For the successful realization of such experiments though, coherent transport across the constriction is essential. By demonstrating the Josephson effect in a confined topological system, the presented experiments lay the foundation for future quantum devices that can be used for quantum computation. In addition, the experiments also provide valuable insights into the behavior of the Josephson effect in the low-channel limit (N<20). Due to the confinement of the weak link, we can also study the Josephson effect in a topological insulator, where the edge modes interact. In conclusion, this thesis discusses the fabrication of, and low-temperature measurements on mercury telluride quantum point contacts embedded within Josephson junctions. We find that the merging of the currently used fabrication methods for mercury telluride quantum point contacts and Josephson junctions does not yield a good enough device quality to resolve subbands of the quantum point contact as quantization effects in the transport properties. As we attribute this to the long dry etching time that is necessary for a top-contact, the fabrication process was adapted to reduce the defect density at the superconductor-semiconductor interface. Employing a technique that involves side contacting the mercury telluride quantum well and reducing the size of the mercury telluride mesa to sub-micrometer dimensions yields a quantized supercurrent across the junction. The observed supercurrent per mode is in good agreement with theoretical predictions for ballistic, one-dimensional modes that are longer than the Josephson penetration depth. Moreover, we find that oscillatory features superimpose the plateaus of the supercurrent and the conductance. The strength of these oscillatory features are sample-dependent and complicate the identification of plateaus. We suggest that the oscillatory features originate mainly from local defects and the short gate electrode. Additionally, resonances are promoted within the weak link if the transparency of the superconductor-HgTe interface differs from one. Furthermore, the research explores the regimes of the quantum spin Hall effect and the 0.5 anomaly. Notably, a small yet finite supercurrent is detected in the QSH regime. In samples fabricated from thick mercury telluride quantum wells, the supercurrent appears to vanish when the quantum point contact is tuned into the regime of the 0.5 anomaly. For samples fabricated from thin mercury telluride quantum wells, the conductance as well as the supercurrent vanish for strong depopulation. In these samples though, the supercurrent remains detectable even for conductance values significantly below 2 e²/h. Numerical calculation reproduce the transport behavior of the superconducting quantum point contacts. Additionally, the topological nature of the weak link is thoroughly investigated using the supercurrent diffraction pattern and the absorption of radio frequency photons. The diffraction pattern reveals a gate independent, monotonous decay of \$I_\text{sw}(B)\$, which is associated with the quantum interference of Andreev bound states funneled through the quantum point contact. Interestingly, the current distribution in the weak link appears unaffected as the quantum point contact is depleted. In the RF measurements, indications of a 4π periodic supercurrent are observed as a suppression of odd Shapiro steps. The ratio of the 4π periodic current to the 2π periodic current appears to decrease for smaller supercurrents, as odd Shapiro steps are exclusively suppressed for large supercurrents. Additionally, considering the observation that the supercurrent is small when the bulk modes in the quantum point contact are fully depleted, we suggest that the re-emerging of odd Shapiro steps is a consequence of the group velocity of the edge modes being significantly suppressed when the bulk modes are absent. Consequently, the topological nature of the superconducting quantum point contact is only noticeable in the transport properties when bulk modes are transmitted through the superconducting quantum point contact. The shown experiments are the first demonstration of mercury telluride superconducting quantum point contacts that exhibit signatures of quantization effects in the conductance as well as the supercurrent. Moreover, the experiments suggest that the regime of interacting topological edge channels is also accessible in mercury telluride superconducting quantum point contacts. This is potentially relevant for the realization of Majorana fermions and their application in the field of quantum computation.},
  subject      = {Topologischer Isolator},
  language  = {en}
}