Topologisk grundforskning som förklarar kvantvärlden

Topologi har senaste åren fått uppsving inom fysiken då dess matematiska verktyg kan användas för att förklara ovanliga materialtillstånd med intressanta egenskaper. Bland exemplen finns topologiska isolatorer som är material som leder ström på ytan men inte inuti. Emil Johansson Bergholtz kommer som Wallenberg Scholar utforska området vidare.

Listan över kända topologiska system innefattar numera topologiska isolatorer, supraledare och semimetaller. Dessa topologiska faser har först förutspåtts teoretiskt och därefter identifierats i experiment. Anledningen till denna mycket ovanliga ordning är rotad i de topologiska fasernas natur: de är utomordentligt robusta, men utan att veta vad man ska leta efter – typiskt ytegenskaperna – är de närmast omöjliga att identifiera.

Johansson Bergholtz forskargrupp ska undersöka vad som händer när man kombinerar dessa exotiska komponenter. Mer specifikt vill de studera starkt korrelerade fenomen från relativ vridning i moiré-heterostrukturer av grafen och relaterade material samt öppna dissipativa system som har topologiska egenskaper som är slående annorlunda de i isolerade system. Forskargruppen har gjort centrala bidrag inom båda riktningarna de senaste åren. 

Synergieffekter mellan projekt

Det första delprojektet bygger på metoder och insikter som de utvecklat tidigare, men med det nya målet att identifiera system med icke-abelska anyoner vid hög temperatur.

Det andra projektet innehåller såväl en grundläggande teoretisk frågeställning om till vilken grad “icke-hermitska” fenomen kan realiseras i kvantmekaniska mångpartikelproblem, som en mer tillämpad aspekt om att realisera en tidigare idé om icke-hermitska topologiska sensorer.

Att studera båda dessa inriktningar parallellt menar gruppen kan ge flera synergieffekter: moiré-system är av flera skäl ideala kandidater för att studera dissipativa topologiska fenomen i kvantvärlden. Vidare kan metoder och insikter överföras mellan forskningsområdena och rent generellt öka denna typ av gränsöverskridande forsknings chanser till intressanta oväntade resultat.