EXC 2147:  Komplexität und Topologie in Quantenmaterialien (CT.QMAT)

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie ; Chemische Festkörper- und Oberflächenforschung ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2019
• Webseite: Zur Homepage
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390858490

Neue Materialien mit maßgeschneiderten Funktionalitäten bilden die Grundlage moderner Hochtechnologien, von der Informationsverarbeitung über die Energieversorgung bis zur Medizintechnik. Im zuständigen Wissenschaftsbereich, der Festkörperphysik, wurde im 21. Jahrhundert die revolutionäre Entdeckung gemacht, dass das mathematische Konzept der Topologie ein fundamentaler Schlüssel für das Verständnis quantenmechanischer Materiezustände ist. Diese Erkenntnis hat weltweite Forschungsaktivitäten ausgelöst und zur Entdeckung zahlreicher topologischer Materialien und Phänomene geführt, mit Schlüsselbeiträgen aus Würzburg (Quanten-Spin-Hall-Effekt) und Dresden (Vorhersage magnetischer Monopole in Spin-Eis). Für dieses junge Forschungsgebiet wird die Einrichtung eines Exzellenz-Clusters "Komplexität und Topologie in Quantenmaterialien (ct.qmat)" zur umfassenden Untersuchung solcher Systeme und ihres Anwendungspotentials vorgeschlagen.In ct.qmat werden Forschende aus Physik, Chemie und Materialwissenschaften gemeinsam daran arbeiten, diese fundamental neuen Zustände von Quantenmaterie zu verstehen, zu steuern und anzuwenden. Die vielfältigen, sich ergänzenden Fachexpertisen und Forschungsstrukturen in Würzburg und Dresden bilden dabei die Basis für ein breites Forschungsprogramm - von der Materialsynthese über die experimentelle und theoretische Untersuchung topologischer Phänomene und ihrer funktionellen Kontrolle bis zum Entwurf und Test von Anwendungskonzepten. Hierfür ist der Cluster in vier Teilbereiche gegliedert, von denen sich drei mit der Rolle von Topologie und Komplexität in verschiedenen physikalischen Kontexten befassen, nämlich (A) beim Ladungstransport, (B) in magnetischen Systemen und (C) in der Licht-Materie-Wechselwirkung. Bereich (D) verfolgt das übergeordnete Ziel, aus den topologischen Phänomenen Funktionalitäten abzuleiten und deren Anwendungspotential zu untersuchen, z.B. für verlustfreie Elektronik oder für Quantencomputer. Dieses Programm gründet auf bereits existierenden Forschungskooperationen zwischen beiden Universitäten und ihren Partnerinstituten und wird sie erheblich erweitern.Zu den Strukturelementen des Clusters gehören die Schaffung neuer Professuren und Nachwuchsgruppen, die die Teilbereiche stärken und als Brücken zwischen ihnen dienen sollen, sowie die synergetische Nutzung gemeinsamer Forschungsinfrastruktur. Besonderes Augenmerk liegt auf der nachhaltigen Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses, von der Promotion bis zur Juniorpofessur, sowie auf der Förderung von Chancengleichheit und Vielfalt in der Wissenschaft. Mit den zusätzlichen Synergien aus der Zusammenarbeit beider Universitäten ergeben sich insgesamt ausgezeichnete Ausbildungs- und Forschungsbedingungen. Dies ist ein entscheidendes Moment im Wettbewerb um die besten Köpfe und wesentliche Voraussetzung für das strategische Ziel, mit ct.qmat ein weltweit führendes Zentrum für die Erforschung von Quantenmaterialien zu schaffen.

• DFG-Verfahren: Exzellenzcluster (ExStra)
• Antragstellende Institution: Julius-Maximilians-Universität Würzburg
• Mitantragstellende Institution: Technische Universität Dresden
• Beteiligte Institution: Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. (ZAE Bayern); Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) ; Hochfeld-Magnetlabor Dresden; Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) e.V.; Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe; Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme
• Sprecher: Professor Dr. Ralph Claessen; Professor Dr. Matthias Vojta
• beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler: Professor Dr. Fakher Fakhry Assaad; Professor Dr. Matthias Bode; Professor Dr. Jeroen van den Brink; Professor Dr. Bernd Büchner; Professor Dr. Vladimir Dyakonov; Professor Dr. Lukas M. Eng; Professorin Dr. Johanna Erdmenger; Professorin Dr. Claudia Felser; Professor Dr. Jochen Geck; Professor Dr. Sebastian Gönnenwein; Professorin Dr. Ewelina M. Hankiewicz; Professor Dr. Sven Höfling; Professor Dr. Dmytro Inosov; Professor Dr. Karl Leo; Professor Dr. Roderich Moessner; Professor Dr. Laurens W. Molenkamp; Professor Dr. Friedrich Reinert; Professor Dr. Michael Ruck; Professor Dr. Giorgio Sangiovanni; Professor Dr. Oliver G. Schmidt; Professor Dr. Ronny Thomale; Professor Dr. Björn Trauzettel; Professor Dr. Joachim Wosnitza