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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
 
Das Zusammenspiel von Topologie, Dynamik und Korrelationen in wechselwirkenden Quantensystemen - das zentrale Thema von QUAST - führt zu einer Fülle faszinierender neuer Materiephasen wie topologische und chirale Supraleitung, fraktionierte Chern-Isolatoren, topologische schwere Fermionen und nichtthermische topologische Zustände, deren mikroskopisches Verständnis und quantitative Vorhersage eine enorme Herausforderung für die Vielteilchentheorie darstellen. In der ersten Förderperiode initiierte QUAST eine koordinierte Anstrengung zur Entwicklung von theoretischen Vielteilchenmethoden und konzertierten Experimenten, um eine quantitative Modellierung von topologischen und dynamischen Phänomenen in korrelierten Materialien zu erreichen. In der Zwischenzeit hat sich dieses Thema weltweit zu einem zentralen Forschungsgebiet entwickelt, was auch durch die jüngsten experimentellen und theoretischen Durchbrüche bei van-der-Waals-Plattformen, Moiré-Systemen, Kagome-Metallen und Schwerfermionen-Intermetallen ausgelöst wurde, wobei die Wissenschaftler unserer Initiative eine führende Rolle spielen. Wir haben u.a. eine höchst unkonventionelle Ladungsordnung in Kagome-Metallen aufgedeckt, die Natur der wechselwirkenden Phasen in Übergangsmetall-Dichalcogeniden und magic angle twisted bilayer graphene enthüllt. Auf der methodischen Seite haben wir neue Klassifizierungsschemata für wechselwirkende topologische Phasen eingeführt, und unsere Entwicklung von Open-Source-Toolboxen für Vielteilchenmethoden und -anwendungen intensiviert. In der zweiten Förderperiode werden wir die in der ersten Förderperiode gewonnenen Erkenntnisse nutzen, um neue Phasen der korrelierten Quantenmaterie zu untersuchen. Unser Ziel ist es, eine prädiktive elektronische Theorie zu etablieren, um das Verhalten von Quantenmaterie an der Schnittstelle von räumlich-zeitlichen elektronischen Korrelationen, Topologie und Dynamik zu verstehen, zu erklären und zu vohersagen. Zu diesem Zweck entwickeln wir theoretische Ansätze auf komplementären Näherungsebenen für eine interoperable Plattform von Benchmarked-Tools. Wir werden uns mit den folgenden offenen Fragen beschäftigen: (1) Wie beeinflussen raum-zeitliche Korrelationen und Topologie den Transport und Zustände außerhalb des Gleichgewichts? (2) Wie beeinflussen Unordnung und Inhomogenitäten Topologie und Dynamik in korrelierter Quantenmaterie? (3) Wie wirken sich Topologie und Quantengeometrie auf Phasendiagramme, Quantenphasenübergänge und die Dynamik von Quantenmaterie aus? (4) Wie beeinflusst die Kopplung zwischen Elektronen und Gitterfreiheitsgraden die Dynamik und Metastabilität in korrelierter Quantenmaterie? Zur Beantwortung dieser Fragen werden wir uns auf eine Reihe von Demonstrationsmodellen und „Anker“-Testmaterialien konzentrieren. Wir werden vollständige Simulationsketten für die Systeme durchführen und strenge Vergleiche mit Experimenten anstellen.
DFG-Verfahren Forschungsgruppen
Internationaler Bezug Japan, Österreich, Schweiz

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