Quantenkritische Materie: Von frustrierten Spins zu wechselwirkenden Fermionen und emergenten Eichfeldern

• Antragsteller: Dr. Lukas Janssen
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 411750675

Viele Phänomene in der Festkörperphysik lassen sich in einem Modell schwach wechselwirkender Quasiteilchen verstehen. Die Dominanz elektronischer Wechselwirkungen in stark korrelierten Materialien kann jedoch zu neuartigem kollektiven Verhalten führen, welches über den Rahmen effektiver Einteilchenbeschreibungen hinaus geht. Dies ist insbesondere in der Nähe eines kontinuierlichen Phasenüberganges am Temperatur-Nullpunkt, einem quantenkritischen Punkt (QCP), der Fall. In der Nähe eine QCPs entstehen neue Arten von Anregungen: Dabei kann es sich um Quasiteilchen-Anregungen mit fraktionalisierten Quantenzahlen handeln oder auch solche, die sich einer Quasiteilchen-Beschreibung vollständig entziehen. Beide Fälle führen zu faszinierenden, jedoch bislang nur unvollständig verstandenen, Phänomenen. QCPs stellen isolierte Punkte im Phasendiagramm eines Systems dar, üben ihren Einfluss auf Observable aber auch wesentlich über den eigentlichen Übergang hinaus aus und stellen somit ideale Ausgangspunkte zur Erforschung der bemerkenswerten Physik von Quantenmaterialien dar.Das Projekt zielt auf ein grundlegendes Verständnis einer Vielzahl von stark korrelierten Systemen vom gemeinsamen Standpunkt der Quantenkritikalität aus. Wir untersuchen Modelle für frustrierte Magnete und wechselwirkende Halbmetalle in verschiedenen Dimensionen, sowie quantenkritische Systeme, die durch emergente Eichfeldtheorien beschrieben werden. Von welcher Art sind die charakteristischen Anregungen? Was sind die relevanten Wechselwirkungen? Was sind die Eigenschaften des QCPs und der benachbarten Phasen? Wie kann ein Material durch einen QCP in ein Regime, welches eine neuartige Quantenphase stabilisiert, getrieben werden? Die Erforschung dieser Fragen wird zu einem noch nie dagewesenen Verständnis der faszinierenden Physik stark korrelierter Materialien führen und könnte letztendlich sogar neuartige Anwendungen ermöglichen. Dazu werden wir geeignete Vielteilchenmethoden wie Molekularfeldnäherungen, 1/N- und Epsilon-Entwicklungen, die funktionale Renormierungsgruppe und nichtperturbative feldtheoretische Dualitäten verwenden und weiterentwickeln. Das Projekt soll von aktuellen symbiotischen Forschungsbemühungen in der Festkörper-, Hochenergie- und statistischen Physik profitieren und diese interdisziplinären Entwicklungen entscheidend weiter voranbringen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen