Thermischer Transport topologischer Anregungen in eindimensionalen Quantenmagneten: Verknüpfung von Experiment und Theorie

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Hemker-Heß
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 325759117

Das Thema dieses Projekts ist der thermische Transport topologischer Anregungen in eindimensionalen Quantenmagneten. Kürzliche Entwicklungen in experimenteller und theoretischer Forschung belegen eine neuartige, hocheffiziente Form des thermischen Transports durch topologische Anregungen dieser Magnete, zum Beispiel durch Spinonen. Zugleich rücken diese Entwicklungen die wichtige Frage nach der Streuung der Anregungen durch Phononen und Defekte in das Zentrum des Interesses: Die Integrabilität des zugrunde liegenden, prototypischen Modells der Heisenberg Spinkette impliziert ballistischen, d.h. dissipationslosen Transport bei allen Temperaturen, wohingegen in allen experimentellen Fällen der Transport aufgrund der genannten Streuprozesse unausweichlich nichtballistisch ist. In diesem Projekt wird das systematische Verständnis dieser Streuprozesse durch eine enge Verknüpfung modernster experimenteller und theoretischer Techniken in Angriff genommen. Der thermische Transport soll in einem weiten Temperaturbereich bis weit jenseits der Debye-Temperatur in einer Reihe von kupratbasierten quasi-eindimensionalen Quantenmagneten mit einer großen Austauschwechselwirkung (viel größer als die Debye-Energie) gemessen und analysiert werden. Die begleitende theoretische Arbeit wird auf aktuellen theoretischen Entwicklungen beruhen, bei denen die hoch nichttriviale Statistik und die Streumechanismen eine besondere Berücksichtigung erfahren. Im Besonderen soll die offene Frage der Streuung topologischer Anregungen durch Grenzflächen untersucht werden. Als Nebenprodukt dieser Untersuchungen soll zudem eine Bewertung der potentiellen Nutzung niedrigdimensionaler Quantenmagnete für spintronische und spinkaloritronische Anwendungen erfolgen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen