En ny era av elektronisk ordning 

Annica Black-Schaffer vill som Wallenberg Scholar tillsammans med sin forskargrupp förbättra och förstå elektronisk ordning, särskilt supraledning, i öppna system genom att utnyttja icke-hermitska effekter. Elektronisk ordning är nyckeln till många teknologiska framsteg.

För att kunna beskriva olika material och materiafaser i naturen behöver vi förstå hur ett nästan oändligt antal elektroner växelverkar med varandra. Annica Black-Schaffer strävar efter att hitta enkla modeller som förklarar egenskaperna hos hela familjer av olika material.

Kombinationen av många elektroner ger upphov till nya kvantmekaniska beteenden som inte ens är möjliga för enskilda elektroner. Elektronisk ordning är ett sådant fenomen och inkluderar både magnetism och supraledning. Men material är sällan helt isolerade – de är kopplade till en yttre miljö, och är därmed ett öppet system. För kvantfenomen har öppenhet oftast setts som skadlig och därför har elektronisk ordning förväntats vara osannolik i öppna system.

Utmanar tidigare synsätt

Black-Schaffer utmanar detta synsätt. Hon föreslår att öppenhet kan användas för att skapa elektronisk ordning. Genom att introducera så kallade icke-hermitska effekter i den fysikaliska beskrivningen av materialet kan många problem relaterade till öppenhet hanteras. En central icke-hermitsk effekt är förekomsten av “exceptionella punkter” (EP), där energier och vågfunktioner blir lika. Dessa EP kan vid noll energi generera unika kvantmekaniska beteenden och troligen även ordning.

Forskargruppen har tre huvudmål. Det första är att etablera och förstå exceptionellt förbättrad ordning drivet av EP, särskilt supraledning. Det andra är att använda den kvantgeometriska tensorn för att förstå supraledning, topologi och fasövergångar i system med icke-hermitska effekter. Det tredje är att utnyttja icke-hermitska effekter från oordning i materialet för att producera fler elektroner vid noll energi och på så sätt uppnå en bättre elektronisk ordning i material.

Foto: Mikael Wallerstedt