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Projekt
Topologische Effekte in Niedrig-Dimensionalen Quantengasen
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professorin Dr. Monika Aidelsburger; Professor Dr. Immanuel Bloch
Fachliche Zuordnung
Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
Förderung
Förderung von 2016 bis 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277974659
Topologie spielt eine immer bedeutendere Rolle in der Beschreibung physikalischer Phänomene. Besonders bekannte Beispiele aus der Festkörkperphysik sind unter anderem der Quanten-Hall-Effekt und die faszinierenden elektronischen Eigenschaften topologischer Isolatoren. Wechselwirkende Systeme können noch weitaus beeindruckendere Eigenschaften aufweisen, beispielsweise wurde vorhergesagt, dass einige topologische Vielteilchensysteme Anregungen in Form von Quasiteilchen mit fraktionaler Ladung und exotischen Austausch-Eigenschaften aufweisen. Quantensimulationen mit ultrakalten Atomen in optischen Gittern bieten die vielversprechende Möglichkeit diese exotischen Vielteilchensysteme im Labor zu untersuchen. Experimentell wurden große Erfolge insbesondere in Hinsicht auf die Realisierung und Charakterisierung topologischer Bandstrukturen erreicht. Jedoch beschränken sich diese Erfolge bisher meist auf nicht-wechselwirkende Systeme. Diese Techniken auf wechselwirkende Systeme zu erweitern erfordert eine starke Zusammenarbeit zwischen Theorie und Experiment. Innerhalb dieser Forschergruppe verfolgen wir zwei Hauptziele: die Erzeugung von fraktionalen Chern Isolatoren mit niedriger Entropie und die Entwicklung neuer experimentell zugänglicher Observablen um die exotischen Eigenschaften topologischer Vielteilchensysteme untersuchen zu können. Um diese ambitionierten Ziele zu erreichen verfolgen wir folgende Strategie: (i) Wir werden unsere bisherigen experimentellen Bemühungen fortsetzen, langlebige schwach-wechselwirkende topologische Systeme zu realisieren. Diese sind hauptsächlich durch wechselwirkungsinduzierte Streuprozesse und technisches Heizen limitiert. In diesem Zusammenhang werden wir außerdem darauf hinarbeiten neue topologische Systeme zu erzeugen, die kein Analogon in statischen Systemen haben, das Wechselspiel zwischen Topologie und Unordnung zu studieren, topologische Proximity-Effekte in Doppelschichten zu untersuchen und alternative experimentelle Methoden zu Erzeugung topologischer Bandstrukturen zu erforschen. (ii) Wir entwickeln ein Quantengas-Mikroskop, welches uns neue Zugangsmöglichkeiten für die Erzeugung und Untersuchung topologischer Vielteilchensysteme bietet, z.B. durch lokale Observablen und Grenzschichten. Darüber hinaus, werden wir mit den Theoriegruppen dieser Forschergruppe daran arbeiten optische Gitter zu entwickeln um anyonische Modelle direkt zu implementieren und existierende Platformen zu erweitern um dynamische Eichfelder zu untersuchen.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
