Nicht-Gleichgewichts-Phasenübergänge

• Antragsteller: Professor Dr. Dante Marvin Kennes
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 285875264

Phasenübergänge zählen zu den interessantesten Phänomenen der statistischen Physik. Sie demonstrieren auf besonders klare Weise, dass sich ein wechselwirkendes System bedeutend anders verhalten kann, als die Teile dieses Systems einzeln. Dieses Konzept nennt man Emergenz. Folglich waren Phasenübergänge gerade im letzten Jahrhundert Gegenstand einer Vielzahl von Untersuchungen. Heutzutage finden die Erkenntnisse aus diesen Studien der klassischen statistischen Mechanik in vielen alltäglichen Anwendungen Gebrauch, wie zum Beispiel in Frostschutzmitteln. Als besonders faszinierend gelten Phasenübergänge, die in Quantensystemen beobachtet werden können, da diese häufig unserer Intuition zu wider sind. Die Eigenschaften dieser Phasenübergänge werden in facettenreichen Anwendungen ausgenutzt. Sie ermöglichen die Realisierung von Phasenwechselmaterialien (zum Wärmen und Kühlen), Phasenwechsel RAMs (für alternative Datenspeicherungslösungen) oder Supraleitern (um elektrischen Widerstand zu eliminieren). Von einem theoretischen Standpunkt aus stellt die Beschreibung von Phasenübergängen in stark korrelierten Quantenvielteilchensystemen nach wie vor eine interessante Herausforderung dar, auch nachdem wegweisende Ansätze, wie die Ginsburg-Landau Theorie und der Renormierungsgruppen Gedanke, entwickelt wurden. Folglich sind Phasenübergänge auch heute noch ein aktives Forschungsgebiet. Bisher haben sich Studien vorwiegend mit Phasenübergängen in Systemen im Gleichgewicht mit ihrer Umgebung beschäftigt. Allerdings wurden kürzlich ebenfalls einige sehr spannende Experimente zur kontrollierten Manipulation von Quantensystemen im Nicht-Gleichgewicht ausgeführt. Diese Experimente werden zum Beispiel an Ultrakalten Gasen, in Halbleiterquantenpunktstrukturen oder in der Ultrakurzzeit-Spektroskopie in Halbleitern oder Metallen durchgeführt. Alle diese Experimente bestechen durch die Möglichkeit einer besonders präzisen Manipulation des Nicht-Gleichgewichts-Zustands, welcher studiert werden soll, und haben dazu beigetragen, dass Nicht-Gleichgewichts-Physik immer mehr in den Fokus aktueller Forschung gerückt ist. Im Rahmen des beantragten Projektes möchte ich die Kombination aus Nicht-Gleichgewichts-Physik und Phasenübergängen genauer studieren. Für einige Systeme wurden bereits neue Phasen in Materialien gefunden, wenn diese ins Nicht-Gleichgewicht getrieben wurden. Manche dieser Phasen sind im Gleichgewichts unerreichbar und werden demnach versteckte Phasen genannt. Im Zuge dieses Projektes wird ein tieferes Verständnis dieser Nicht-Gleichgewichts Phasen in Quantenvielteilchensystemen und ihrer Mechanismen angestrebt. Wir verfolgen hierfür einen Bottom-Up Ansatz indem wir Quantenvielteilchensystemen in sukzessiv steigender Komplexität studieren. Die gewonnenen Einsichten über Nicht-Gleichgewichts Phasenübergänge haben das Potential die Grundlage interessanter Anwendungen zu werden, da (versteckte) Phasen sehr einfach über externe Felder kontrolliert werden können.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Andrew J. Millis