SFB 1238:  Kontrolle und Dynamik von Quantenmaterialien

• Fachliche Zuordnung: Physik ; Chemie ; Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung seit 2016
• Webseite: Zur Homepage
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277146847

Entdeckungen in der Grundlagenforschung haben den Weg für die meisten heutigen Technologien geebnet. „Quantenmaterialien“ nutzen die Gesetze der Quantenmechanik und sind besonders vielversprechend, um neue, unerwartete Effekte zu finden. Das Ziel dieses Sonderforschungsbereichs (SFB) besteht darin, neue kollektive Phänomene und neue Funktionalitäten in Quantenmaterialien zu entdecken, zu verstehen und zu kontrollieren. Diese ergeben sich häufig aus dem Wechselspiel von Topologie, relativistischer Spin-Bahn-Kopplung und starken elektronischen Wechselwirkungen. In der zweiten Förderperiode wurden auf unserem Gebiet bemerkenswerte Fortschritte erzielt, zu denen unser SFB wesentliche Beiträge geliefert hat. Diese Entwicklungen spiegeln sich in vier Schwerpunktbereichen (SP) wider, die unseren vielschichtigen Forschungsansatz definieren. Ein zentrales Element unserer Agenda ist das Zusammenspiel von Spin-Bahn-Kopplung und starken Elektron-Elektron-Wechselwirkungen, das zu topologischen Phasen, emergenten Eichfeldern und Fraktionalisierung führt. Dieser Gesichtspunkt wird durch den SP „Spin-Bahn-Kopplung in Quantenmaterialien“ hervorgehoben. Der SP „Topologie und hybride Bauelemente“ erforscht neuartige Effekte, die entstehen, wenn verschiedene Quanten- und topologische Materialien in einem einzigen Bauelement kombiniert werden. Im SP „2D-Materialien und Funktionalisierung“ machen wir uns die Tatsache zunutze, dass sich zweidimensionale Quantenmaterialien viel genauer beeinflussen lassen als ihre dreidimensionalen Varianten. Schließlich erforscht der SP „Getriebene und aktive Materie“ die Pump-Probe- und nichtlineare Spektroskopie und entwickelt eine neue Vision für die Physik fern des Gleichgewichts: „aktive Quantenmaterie“. In Analogie zu biologischen Systemen suchen wir nach Materialien, in denen sich topologische Defekte durch die kollektive Dynamik der Quantenmaterialien aktiv fortbewegen können. Der SFB profitiert von engen inhaltlichen Verknüpfungen der vier Schwerpunktbereiche. Wir haben ein hervorragendes Team aus der experimentellen und theoretischen Physik sowie der Kristallographie in Köln zusammengestellt, ergänzt durch exzellente Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Bonn und Bochum sowie des Forschungszentrums Jülich. In den vergangenen beiden Förderperioden sind insgesamt elf Postdocs oder Projektleiterinnen und Projektleiter auf Professuren im In- und Ausland gewechselt. Diese Entwicklungen sind Teil unserer Strategie zur Unterstützung und Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses. Ergänzt wird unsere Agenda durch ein umfassendes Programm zur Unterstützung von Frauen und Familien, ein verbessertes und stark erweitertes Programm zum Datenmanagement sowie eine breite Palette von Maßnahmen zur Öffentlichkeitsarbeit und Karriereentwicklung.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche

Laufende Projekte

• A01 - Konstruktion von 2D-Heterostrukturen für die Kontrolle elektronischer, optischer und magnetischer Eigenschaften (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Grüneis, Alexander ;  Kurzmann, Annika ;  Lindfors-Vrejoiu, Ionela ;  Michely, Thomas Werner )
• A02 - Kristallzucht und Materialentwicklung (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Becker-Bohatý, Petra ;  Braden, Markus ;  Lorenz, Thomas )
• A04 - Topologische Materie (Teilprojektleiter Ando, Yoichi ;  Breunig, Oliver ;  Taskin, Alexey )
• B01 - Transport und Thermodynamik (Teilprojektleiter Ando, Yoichi ;  Breunig, Oliver ;  Lorenz, Thomas )
• B03 - Inelastische Streuung von Photonen in Materialien mit starker Spin-Bahn-Kopplung (Teilprojektleiter Grüninger, Markus ;  van Loosdrecht, Paul H. M. )
• B04 - Untersuchung von Dynamik und Korrelationen mit Neutronenstreuung (Teilprojektleiter Braden, Markus )
• B05 - Optisch getriebene Materie (Teilprojektleiter van Loosdrecht, Paul H. M. )
• B06 - Rastertunnelspektroskopie (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Brede, Jens ;  Michely, Thomas Werner ;  Wouter, Jolie )
• B07 - Statische und dynamische Kontrolle von Anregungen in topologischen Quantenmaterialien (Teilprojektleiter Bocquillon, Erwann ;  Hemberger, Joachim )
• C01 - Strukturinversionsasymmetrische Materie und Spin-Orbit-Phänomene mittels ab initio (Teilprojektleiter Atodiresei, Nicolae ;  Blügel, Stefan )
• C02 - Topologische, korrelierte und Dirac Materialien induziert durch Spin-Bahn Kopplung (Teilprojektleiter Rosch, Achim ;  Scherer, Michael ;  Trebst, Simon )
• C03 - Dynamik und Fraktionalisierung in Spin-Bahn verschränkter Materie (Teilprojektleiter Diehl, Sebastian ;  Hickey, Ciarán ;  Seifert, Urban ;  Trebst, Simon )
• C04 - Aktive Quantenmaterie (Teilprojektleiter Diehl, Sebastian ;  Rosch, Achim )
• C05 - Getriebene Quantenmaterie (Teilprojektleiterin Kollath, Corinna )
• Z - Verwaltungsprojekt (Teilprojektleiter Rosch, Achim )

Abgeschlossene Projekte

• B02 - Von mHz bis PHz: Breitbandige dielektrische und optische Spektroskopie von Quantenmaterialien (Teilprojektleiter Grüninger, Markus ;  Hemberger, Joachim )

• Antragstellende Institution: Universität zu Köln
• Beteiligte Institution: Forschungszentrum Jülich
• Beteiligte Hochschule: Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn; Ruhr-Universität Bochum
• Sprecher: Professor Dr. Paul H. M. van Loosdrecht, bis 6/2020; Professor Dr. Achim Rosch, seit 7/2020