Universal HOM-type S-matrix correlations in chaotic (non-)trivial topological insulators and an improved model for the AFM and STM characteristics in Cu-based quantum corrals

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	"University Press"
Place of Publication:	Regensburg
Number of Pages:	133
Date:	8 February 2023
Referee:	Prof. Dr. Juan-Diego Urbina and Prof. Dr. Andrea Donarini
Date of exam:	22 November 2022
Institutions:	Physics > Institute of Theroretical Physics > Chair Professor Richter > Group Klaus Richter
Keywords:	topological insulator, quantum chaos, electron quantum optics, semiclassical approximation, semiclassics, quantum corral, chaos
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 530 Physics
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	53446

Abstract (English)

The 2016 Nobel Prize in Physics was awarded to David Thouless, F. Haldane, and J. Kosterlitz for "theoretical discoveries of topological phase transitions and topological phases of matter." Since then, new opportunities have emerged, e.g., the robust edge states in topological insulators could significantly reduce heat generation due to their reduced resistance in electrical devices. In the main ...

Abstract (English)

The 2016 Nobel Prize in Physics was awarded to David Thouless, F. Haldane, and J. Kosterlitz for "theoretical discoveries of topological phase transitions and topological phases of matter." Since then, new opportunities have emerged, e.g., the robust edge states in topological insulators could significantly reduce heat generation due to their reduced resistance in electrical devices. In the main part of the dissertation we will focus, moreover, on the application of edge states as waveguides in an electron quantum optical setup. When the waveguides are attached to a chaotic cavity one expects the emergence of universal signatures of chaotic scattering, explored in this thesis for the first time in this topological scenario. We go beyond extensive simulations based on numerical techniques, and present semiclassical results. Together with experimental results, a holistic view of universal scattering correlators in various systems ranging from trivial to nontrivial insulators is presented here.

The second part provides a new model to simulate the local density of states of the (un)perturped quantum corral. Furthermore we investigate the bonding characteristics of a AFM tip to the mesoscopic wave function of the quantum corral.

Translation of the abstract (German)

Der Nobelpreis für Physik 2016 wurde David Thouless, F. Haldane und J. Kosterlitz für "theoretische Entdeckungen von topologischen Phasenübergängen und topologischen Phasen der Materie" verliehen. Seitdem haben sich daraus neue Möglichkeiten ergeben, z. B. können die robusten Randzustände in topologischen Isolatoren die Wärmeentwicklung aufgrund ihres geringeren Widerstands in elektrischen ...

Translation of the abstract (German)

Der Nobelpreis für Physik 2016 wurde David Thouless, F. Haldane und J. Kosterlitz für "theoretische Entdeckungen von topologischen Phasenübergängen und topologischen Phasen der Materie" verliehen. Seitdem haben sich daraus neue Möglichkeiten ergeben, z. B. können die robusten Randzustände in topologischen Isolatoren die Wärmeentwicklung aufgrund ihres geringeren Widerstands in elektrischen Geräten erheblich reduzieren. Im Hauptteil der Dissertation werden wir uns auf die Anwendung von Randzuständen als Wellenleiter in einem Aufbau der Elektronquantenoptik konzentrieren. Wenn die Wellenleiter mit einem chaotischen Hohlraum verbunden sind, erwartet man das Auftreten von universellen Signaturen chaotischer Streuung, die in dieser Arbeit zum ersten Mal in diesem topologischen Szenario untersucht werden. Wir gehen über umfangreiche Simulationen auf der Grundlage numerischer Techniken hinaus und präsentieren semiklassische Ergebnisse. Zusammen mit experimentellen Ergebnissen wird hier ein ganzheitlicher Blick auf universelle Streukorrelatoren in verschiedenen Systemen, von trivialen bis hin zu nicht-trivialen Isolatoren, präsentiert.

Der zweite Teil bietet ein neues Modell zur Simulation der lokalen Zustandsdichte des (un)gestörten Quantenkorrals. Außerdem untersuchen wir die Bindungseigenschaften einer AFM-Spitze an die messoskopische Wellenfunktion des Quantenkorrals.

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