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Tracking a spin-polarized superconducting bound state across a quantum phase transition

Karan, Sujoy und Huang, Haonan und Ivanovic, Alexander und Padurariu, Ciprian und Kubala, Björn Heiko und Kern, Klaus und Ankerhold, Joachim und Ast, Christian R. (2024) Tracking a spin-polarized superconducting bound state across a quantum phase transition. Nature Communications (15), Seite 459. Nature Publishing Group. doi: 10.1038/s41467-024-44708-2. ISSN 2041-1723.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Offizielle URL: https://www.nature.com/articles/s41467-024-44708-2

Kurzfassung

The magnetic exchange coupling between magnetic impurities and a superconductor induce so-called Yu-Shiba-Rusinov (YSR) states which undergo a quantum phase transition (QPT) upon increasing the exchange interaction beyond a critical value. While the evolution through the QPT is readily observable, in particular if the YSR state features an electron-hole asymmetry, the concomitant change in the ground state is more difficult to identify. We use ultralow temperature scanning tunneling microscopy to demonstrate how the change in the YSR ground state across the QPT can be directly observed for a spin-1/2 impurity in a magnetic field. The excitation spectrum changes from featuring two peaks in the doublet (free spin) state to four peaks in the singlet (screened spin) ground state. We also identify a transition regime, where the YSR excitation energy is smaller than the Zeeman energy. We thus demonstrate a straightforward way for unambiguously identifying the ground state of a spin-1/2 YSR state.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/202230/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Tracking a spin-polarized superconducting bound state across a quantum phase transition
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Karan, SujoyMax-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Huang, HaonanMax-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart, Germanyhttps://orcid.org/0000-0003-4059-0351NICHT SPEZIFIZIERT
Ivanovic, AlexanderInstitut für Komplexe Quantensysteme and IQST, Universität Ulm, Albert-Einstein-Allee 11, 89069, Ulm, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Padurariu, CiprianInstitut für Komplexe Quantensysteme and IQST, Universität Ulm, Albert-Einstein-Allee 11, 89069, Ulm, Germanyhttps://orcid.org/0000-0001-9568-2080NICHT SPEZIFIZIERT
Kubala, Björn HeikoBjoern.Kubala (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kern, KlausMax-Planck-Institut für Festkörperforschung, Heisenbergstraße 1, 70569 Stuttgart, Germanyhttps://orcid.org/0000-0002-1785-7874NICHT SPEZIFIZIERT
Ankerhold, JoachimInstitut für Komplexe Quantensysteme and IQST, Universität Ulm, Ulm, Germanyhttps://orcid.org/0000-0002-6510-659XNICHT SPEZIFIZIERT
Ast, Christian R.Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Heisenbergstraße 1, 70569 Stuttgart, Germanyhttps://orcid.org/0000-0002-7469-1188NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:11 Januar 2024
Erschienen in:Nature Communications
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1038/s41467-024-44708-2
Seitenbereich:Seite 459
Verlag:Nature Publishing Group
ISSN:2041-1723
Status:veröffentlicht
Stichwörter:superconducting Scanning tunneling microscopy, magnetic impurities, qubits, quantum phase transition
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation, Navigation, Quantentechnologien
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KNQ - Kommunikation, Navigation, Quantentechnologie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Quantencomputing-Hardwarekonzepte
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Quantentechnologien > Theoretische Quantenphysik
Hinterlegt von: Kubala, Björn Heiko
Hinterlegt am:20 Jan 2024 23:08
Letzte Änderung:20 Jan 2024 23:08

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