Geometrische Dissipation in nicht-Abel'schen Quantenspinsystemen und darüber hinaus

• Antragsteller: Professor Dr. Alexander Shnirman
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276873045

Geometrische Phasen (auch bekannt als Berry Phasen (BPs)) beeinflussen die Dynamik zahlreicher Systeme. Dazu zählen Nanomagneten, Quantenpunkte in der Nähe der Stoner-Instabilität, verschiedene Realisierungen von Quantenbits, kohärente Überlagerungen von Majorana-Anregungen und vieles mehr. In bestimmten Fällen nehmen die BPs die Form von topologischen Phasen an, wie z.B. die statistische Phase, die mit dem Flechten (Braiding) von Anyonen verknüpft ist (Quasiteilchen, die eine Statistik zwischen Bosonen und Fermionen besitzen). Das Verständnis der Rolle von Rauschen ist die entscheidende Voraussetzung für die Entwicklung und Kontrolle dieser Systeme. Erst kürzlich haben wir erkannt, dass BPs nicht nur die deterministische Dynamik, sondern auch die Natur der dissipativen und der stochastischen Rauschterme bestimmen, sofern es sich um ein offenes System handelt. Diesem Projekt liegt die Idee zugrunde, dass in einer Vielzahl von Systemen, dissipative Dynamik geometrische Eigenschaften hat. Des Weiteren kann das in Bewegungsgleichungen auftretende Langevin-Rauschen durch die Berry-Phase, die mit der Dynamik von relevanten Freiheitsgraden zusammenhängt, kritisch beeinflusst werden. Wir gehen davon aus, dass dieses geometrische Rauschen zu neuer Physik führt. Unser Projekt wird über die Spin-Systeme hinaus die Systeme behandeln, die topologische Anregungen (Majoranas und Anyonen) besitzen.Neben der Bewertung der vorgeschlagenen Forschungsrichtungen, nehmen wir hier auch eine kurze Risikoabschätzung verschiedener Forschungsaufgaben vor. Ein erfolgreicher Abschluss des Projekts (oder eines wesentlichen Teils davon) impliziert, dass (i) unsere Ergebnisse mit einer hohen Wahrscheinlichkeit experimentelle Bemühungen anregen werden, das geometrische Rauschen in verschiedenen Systemen zu beobachten; (ii) Gängiges Wissen über den Transport auf dem Gebiet der Spintronik überprüft werden muss, vor allem im Parameterregime gekennzeichnet durch niedrige Temperaturen und hohe Frequenzen; (iii) neue Physik bezüglich Rauschen und Schwankungen in Systemen, die topologische Anregungen besitzen, vorausgesagt wird.Beide Projektleiter haben zahlreiche Forschungserfolge auf dem allgemeinen Gebiet der Nanoelektronik vorzuweisen. Wichtig für das vorliegende Projekt sind ihre Erfahrung sowie bedeutende Beiträge zu unterschiedlichen Themen wie Quantendynamik, Berry-Phasen in Festkörpersystemen, Quantendissipation, Abelsche und nicht-Abelsche Interferometrie sowie Dekohärenz. Die Techniken, die sie verwendet und in einigen Fällen entwickelt haben, (z.B., stochastische Dynamik, Keldysh-Technique im Nichtgleichgewicht (Störungstheorie, Sigma-Modell), Nichtgleichgewicht-Bosonisierung etc.) sind ideal dafür geeignet, die aktuellen Herausforderungen zu bewältigen. Sie haben außerdem in den letzten Jahren nachweislich eng zusammengearbeitet. Diese Kollaboration, einschließlich gegenseitiger Besuche, wird mit Sicherheit im vorliegenden Projekt weitergeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• ausländischer Mitantragsteller: Professor Dr. Yuval Gefen