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

Materialorientierte Grundlagenforschung ist einer der wichtigsten Impulsgeber für technologische Innovationen und verändert damit unseren Alltag, wenn auch oft im Verborgenen. An vorderster Front stehen dabei sogenannte Quantenmaterialien, deren faszinierende Eigenschaften durch die Gesetze der Quantenmechanik bestimmt werden. Quantenmaterialien bilden ein sich rasch entwickelndes und international hoch kompetitives Forschungsfeld mit einem hohen Potential zur Entdeckung neuer Phänomene und Konzepte. Besonders vielversprechend sind neue Materialien, bei denen relativistische Spin-Bahneffekte und elektronische Korrelationen eine Fülle von Ordnungsphänomenen induzieren, darunter Supraleitung, Magnetismus und exotische topologische Ordnung. Das Anwendungspotential reicht dabei von neuartigen Quantencomputern bis zu einer energieeffizienteren Elektronik. In der vergangenen Förderperiode hat unser Fachgebiet bemerkenswerte Fortschritte erzielt, zu denen unser SFB wesentlich beigetragen hat. Diese Entwicklungen spiegeln sich in fünf Schwerpunkten (SPs) wider, die unseren vielfältigen Ansatz zur Erforschung von Quantenmaterialien definieren. Die wachsende Bedeutung von Quantenbauelementen und unsere neuen Möglichkeiten, Bauelemente aus topologischen Materialien herzustellen, wird im SP „Topologie und Bauelemente“ aufgegriffen. Innerhalb des SPs „2D-Materialien und Band-Engineering“ erforschen wir eine neue Strategie zur Kontrolle zweidimensionaler Materialien. Das komplexe Zusammenspiel verschiedener Quanteneffekte wird im SP „Hybride Quantenmaterie“ hervorgehoben, während sich der SP „Spin-orbit-dominierte Materie“ auf relativistische Effekte konzentriert. Der SP „Materie fern des Gleichgewichts“ schließlich sucht nach neuartigen universellen Phänomenen in Systemen, die zum Beispiel durch starke Laserpulse getrieben werden. Der SFB 1238 vereint ein hervorragendes Team aus der experimentellen und theoretischen Physik sowie der Kristallographie in Köln, ergänzt durch exzellente Gruppen der Universität Bonn und des Forschungszentrums Jülich. In der ersten Förderperiode wechselten sechs unserer jungen Forscherinnen und Forscher auf Professuren und verließen uns. Sieben neue PIs werden das Team verstärken. Sie sind wesentlicher Teil unserer Strategie zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses, bringen neue Expertise ein und definieren Eckpfeiler unseres zukünftigen Forschungsprogramms. Unsere Agenda wird ergänzt durch ein umfassendes Gender- und Familienförderprogramm sowie durch ein breites Spektrum an Maßnahmen zur Öffentlichkeitsarbeit und Karriereentwicklung. Unsere Vision ist es, neue kollektive Phänomene und neue Funktionalitäten in Quantenmaterialien zu entdecken, zu verstehen und zu kontrollieren, die aus dem Zusammenspiel von Spin-Bahn-Kopplung, Korrelationen und Topologie entstehen.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche

Laufende Projekte

• A01 - Elektronische Korrelationen und Spin-Bahn-Kopplung in 2D-Lagen und an Grenzflächen (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Grüneis, Alexander ;  Lindfors-Vrejoiu, Ionela ;  Michely, Thomas Werner )
• A02 - Kristallzucht und Materialentwicklung (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Becker-Bohatý, Petra ;  Braden, Markus ;  Lorenz, Thomas )
• A04 - Topologische Materie (Teilprojektleiter Ando, Ph.D., Yoichi ;  Taskin, Alexey )
• B01 - Transport und Thermodynamik (Teilprojektleiter Ando, Ph.D., Yoichi ;  Breunig, Oliver ;  Lorenz, Thomas )
• B02 - Von mHz bis PHz: Breitbandige dielektrische und optische Spektroskopie von Quantenmaterialien (Teilprojektleiter Grüninger, Markus ;  Hemberger, Joachim )
• 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. ;  Wang, Zhe )
• B06 - Rastertunnelspektroskopie (Teilprojektleiter Ando, Ph.D., Yoichi ;  Brede, Jens ;  Michely, Thomas Werner )
• B07 - Statische und dynamische Kontrolle von Anregungen in Quanten Anomalen Hall-Systemen (Teilprojektleiter Bocquillon, Erwann )
• 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 - Thermodynamik der Fraktionalisierung in spin-bahn-verschränkter Materie (Teilprojektleiter Diehl, Sebastian ;  Hickey, Ciarán ;  Trebst, Simon )
• C04 - Dynamik von topologischen und korrelierten Materiezuständen (Teilprojektleiter Diehl, Sebastian ;  Rosch, Achim )
• C05 - Getriebene Quantenmaterie (Teilprojektleiterin Kollath, Corinna )
• Z - Verwaltungsprojekt (Teilprojektleiter Rosch, Achim )

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