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Quantendesign: neuartige Quantenzustände verstehen, erzeugen und kontrollieren

Antragsteller Dr. Tobias Meng
Fachliche Zuordnung Theoretische Physik der kondensierten Materie
Förderung Förderung von 2017 bis 2026
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 327807255
 
Erstellungsjahr 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Projekt „Quantum Design: Understanding, Creating, and Controlling Novel States of Matter“ zielte darauf ab, neuartige Quantenzustände der Materie zu verstehen, zu erschaffen und zu kontrollieren – basierend auf einem konstruktiven Quantum-Design-Ansatz. Dieser Ansatz konzentriert sich stärker auf den bottom-up Aufbau von Quantenzuständen und weniger auf die beschreibende Modellierung bereits existierender Materialien. Einfach gesagt, untersuchte das Projekt, wie die Natur in neuartige Zustände mit nicht-trivialem Charakter, basierend auf Topologie und Wechselwirkungen, versetzt werden kann. Ein zentraler Fokus lag auf dem Verständnis und der Modellierung, wie komplexes kollektives Verhalten in Festkörpern entsteht, wie es induziert und kontrolliert werden kann und welche experimentell beobachtbaren Konsequenzen sich daraus ergeben. Das Projekt förderte das grundlegende Verständnis komplexer Quantenzustände und kombinierte stets theoretischen Fortschritt mit Blick auf potenzielle Anwendungen in Volumenmaterialien, mikrostrukturierten Geräten und künstlich entwickelten Quantensystemen. Die Forschung in diesem Projekt begann in der Regel mit geeigneten Niedrigenergie- Beschreibungen komplexer Quantensysteme. Aufbauend auf den mikroskopischen Materialeigenschaften modellierte das Team Quantenvielteilchensysteme durch die kontrollierte Kombination interagierender Bausteine. Anschließend wurden experimentell beobachtbare Signaturen neuartiger Quantenzustände vorhergesagt, deren Transporteigenschaften untersucht und ihre Steuerbarkeit analysiert. Ein zentraler Bereich des Projekts war die Analyse relativistischer Halbmetalle. Dies umfasste die Vorhersage geordneter Phasen, die durch wechselwirkungsgetriebene Symmetriebrüche entstehen, die Vorhersage von Transportverhalten in Weyl-Halbmetallen – insbesondere in starken Magnetfeldern – sowie die Analyse der Steuerbarkeit von Transporteigenschaften in diesen Materialien. Insgesamt profitierte dieser Forschungsbereich von einer engen Zusammenarbeit mit experimentellen Partnern, die zu zahlreichen gemeinsamen Veröffentlichungen führte, in denen die komplexe Physik des Projekts experimentell nachgewiesen wurde. Ein weiterer wichtiger Aspekt war die Untersuchung von wechselwirkenden topologischen Materiezuständen, einschließlich fraktionalisierter Zustände mit anyonischen Anregungen, und der Untersuchung des Zusammenspiels von topologischer Materie mit Umgebungen. Dieser Teil des Projekts erweiterte die Grenzen des theoretischen Wissens, sagte neuartige Phänomene voraus und identifizierte physikalische Voraussetzungen für das Auftreten dieser korrelierten Zustände. Insgesamt hat das Projekt das Verständnis komplexer Quantenzustände, die Topologie, Wechselwirkungen und Umgebungseffekte kombinieren, erheblich vorangebracht. Durch die Verknüpfung theoretischer Erkenntnisse mit einer engen experimentellen Zusammenarbeit lieferte es konkrete Vorhersagen, die fest in der experimentellen Realität verankert sind.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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