Topologische Quantenphasenübergänge in Hochtemperatursupraleitern

• Antragsteller: Professor Dr. Mathias Scheurer
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 345197117

Eine der grundlegenden Aspekte der Festkörperphysik ist die Klassifikation verschiedener Phasen eines Materials. Ein systematischer Ansatz ist durch die Landau-Theorie der Phasenübergänge gegeben, nach der sich verschiedene Phasen durch unterschiedliche Symmetrien auszeichnen. Dies ermöglicht die Beschreibung vieler thermischer Phasenübergänge (etwa des Fest-Flüssig-Phasenübergangs) aber auch von Quantenphasenübergängen, d.h. Phasenübergänge am absoluten Temperatur-Nullpunkt. Anstatt verschiedene Symmetrien aufzuweisen, können Phasen sich allerdings auch in ihrer Topologie, d.h. globalen Eigenschaften wie etwa Grundzustandsentartungen, unterscheiden, was beispielsweise bei den Quanten-Hall-Effekten der Fall ist.Viele experimentelle Beobachtungen deuten darauf hin, dass topologische Quantenphasenübergänge auch zentral für das Phasendiagramm der Kupfer-basierten Hochtemperatursupraleiter sind. Diese Materialien sind von größtem Interesse nicht nur aufgrund der namensgebenden hohen supraleitenden Übergangstemperatur und dem damit verbundenen technologischen Potential, sondern auch wegen ihres komplexen und in vielerlei Hinsicht theoretisch unverstandenen Phasendiagramms. In dem Projekt sollen die jüngsten Fortschritte in der Entwicklung realistischer theoretischer Modelle, die die für die Kupfer-basierten Hochtemperatursupraleiter relevanten topologischen Phasen aufweisen, genutzt werden, um unser mikroskopisches Verständnis dieser Materialien zu verbessern. Insbesondere sollen die Vorhersagen verschiedener Modelle hinsichtlich Transporteigenschaften in der normal-leitenden Phase, Sensitivität der verschiedenen Phasen auf Verunreinigungen, der resultierenden supraleitenden Instabilitäten sowie bezüglich Resonanzmoden in Neutronenstreuung und Raman-Response mit kontrollierten theoretischen Methoden analysiert und im Detail mit experimentellen Beobachtungen verglichen werden. Das langfristige Ziel ist die Etablierung eines minimalen und zugleich realistischen Niederenergiemodells, das im Einklang mit einer möglichst großen Anzahl experimenteller Beobachtungen ist. Wichtige Konsequenzen für andere Klassen von Hochtemperatursupraleitern und weitere stark wechselwirkende Materialien mit ähnlicher Phänomenologie sind zu erwarten.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Subir Sachdev