Stationäre Nichtgleichgewichts-Zustände in zusammengesetzten, periodisch angetriebenen, abgeschlossenen Quantensystemen

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Holthaus
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 355031190

In der ersten Förderperiode von FOR 2692 konnten verschiedene Beiträge zur "periodischen Thermodynamik" geleistet werden; insbesondere wurden die Wahrscheinlichkeitsverteilungen berechnet, die die Besetzung der Floquet-Zustände für einige periodisch angetriebene offene Quantensysteme von besonderem theoretischen und experimentellen Interesse bestimmen. So konnten wir zeigen, dass die Nichtgleichgewichts-Magnetisierung eines periodisch angetriebenen paramagnetischen Materials stark von Details der Wechselwirkung der Spins mit ihrer Umgebung abhängt. Weiterhin haben wir das Konzept der Floquet-Zustandskühlung vorgeschlagen und nachgewiesen, dass der Floquet-Zustand, der aus dem Grundzustand eines Quantensystem hervorgeht, sogar deutlich höher populiert werden kann als der Grundzustand im thermischen Gleichgewicht. Diese Resultate beruhen auf einem Ansatz, der der üblichen Born-Markov-Approximation äquivalent ist und vernachlässigt technische Schwierigkeiten, die auf der "Dichtheit" des Quasienergie-Spektrums beruhen. In der zweiten Förderperiode werden wir daher die Einschränkungen dieses Ansatzes aufheben und Systemumgebungen betrachten, die selbst die Auswirkungen des zeitperiodischen Antriebs "spüren". Zunächst sollen besondere periodisch angetriebene Quantensysteme behandelt werden, die an ein Bad von N harmonischen Oszillatoren gekoppelt sind und für jedes N mit Hilfe einer verallgemeinerten Husimi-Transformation analytisch gelöst werden können; im Grenzfall unendlich großer N erhält man daraus offene Systeme zurück. Andererseits werden wir Modelle für periodisch angetriebene bosonische Josephson-Kontakte untersuchen, die zwei verschiedene Teilchensorten enthalten, wobei eine davon das "System" repäsentiert, die andere das "Bad". Auf diese Weise können Aussagen, die auf der Grundlage der Born- Markov-Approximation gewonnen worden sind, einer aussagekräftigen Prüfung unterzogen werden. Weiterhin sollen zwei Entwicklungen, die aus der ersten Förderperiode hervorgegangen sind, weitergeführt werden, nämlich einerseits die selektive Population bestimmter "resonanter" Floquet-Zustände durch gezielte Manipulation der System-Bad-Kopplung sowie der Zustandsdichte des Bades, und andererseits die Berechnung von Floquet-Zuständen für große Systeme, die den bisher üblichen Verfahren nicht mehr zugänglich sind, auf der Grundlage von Variationsprinzipien. Ein langfristiges Ziel, das diese verschiedenen Elemente verbindet, besteht in der Untersuchung von Floquet-Kondensaten für schwach wechselwirkende Bose-Gase in zeitperiodisch modulierten Fallenpotentialen; wir erwarten, dass diese neuartigen Kondensate sehr ungewöhnliche Eigenschaften besitzen werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2692: Fundamental Aspects of Statistical Mechanics and the Emergence of Thermodynamics in Non-Equilibrium Systems
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Andreas Engel