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FOR 5249:  Quantitative räumlich-zeitliche Modellierung von Materie mit elektronischen Korrelationen

Fachliche Zuordnung Physik
Förderung Förderung seit 2021
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449872909
 
Topologische Quantenphänomene in wechselwirkenden Systemen und Durchbrüche in der zeitaufgelösten Spektroskopie stellen die Vielteilchentheorie vor neue Herausforderungen: Räumlich-zeitliche elektronische Korrelationen beeinflussen die topologischen und dynamischen Materialeigenschaften häufig stark, verhindern aber oft eine eindeutige Interpretation von Experimenten und die zuverlässige quantitative Vorhersage von Materialeigenschaften. Die Forschungsgruppe QUAST (Quantitative Räumlich-Zeitliche Modellierung von Materie mit Elektronischen Korrelationen) will diese Herausforderungen durch koordinierte theoretische Methodenentwicklungen und konzertierte Experimente angehen. Unser zentrales Ziel ist die Entwicklung einer Theorie der elektronischen Struktur kondensierter Materie, die räumliche und zeitliche elektronische Korrelationen berücksichtigt, um topologische und dynamische Phänomene in korrelierten Materialien zu erklären und quantitativ zu modellieren. Die Komplexität, die sich aus dem Zusammenwirken unterschiedlicher Längen- und Zeitskalen mit elektronischen Korrelationen und Topologie ergibt, erfordert eine enge Zusammenarbeit eines Teams wie der QUAST-Initiative. Wir planen komplementäre theoretische Methoden zu entwickeln und zu bündeln. Das Spektrum erstreckt sich dabei von stärker approximativen, aber zum Teil schon materialrealistischen Ansätzen (GW+EDMFT, DFT+TPSC, DFT+SBT) bis hin zu den genauesten, aber derzeit eher modellbasierten Zugängen (DGammaA, duale Fermionen / Bosonen, Quantenclustertheorien).Zentrale Fragen in QUAST sind: Wie kann Topologie in wechselwirkenden Systemen charakterisiert und vorhergesagt werden? Wie lassen sich wechselwirkungsinduzierte topologische Zustände der Materie und dynamische Prozesse in korrelierten Systemen quantitativ beschreiben? Wie können Korrelationsphänomene durch die Verknüpfung von quantitativer Modellierung und Pump-Probe-Experimenten entschlüsselt werden? Wie lassen sich korrelierte Elektronensysteme in neuartige Nicht-Gleichgewichtszustände steuern? Wie können wir das Zusammenspiel von Dynamik, Topologie und Korrelationen verstehen?Dazu werden wir uns auf eine Gruppe von Demonstrator-Modellen (erweiterte Hubbard-, periodische Anderson- und topologische Modelle) und -Materialien (Ce3Bi4Pd3, WTe2 und TaX2 (X = S, Se)) gemeinsam mit drei in QUAST eingebetteten experimentellen Gruppen konzentrieren.Die theoretischen Methoden werden weiterentwickelt, untereinander und mit Experimenten abgeglichen, mit topologischen Konzepten verknüpft und auf Nicht-Gleichgewichts- und dynamische Phänomene verallgemeinert. Für die Demonstrator-Materialien wird in der ersten Förderperiode eine vollständige skalenübergreifende Simulationskette mit rigorosen Vergleichen zu Experimenten implementiert. In der zweiten Förderperiode soll eine übergreifende Plattform für die zuverlässige Modellierung und das Design dynamischer und topologischer Phänomene in korrelierten Systemen erreicht werden.
DFG-Verfahren Forschungsgruppen
Internationaler Bezug Österreich, Schweiz

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