Hydrodynamischer Ansatz zur Quantendynamik in elektronischen Systemen

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Boris Narozhny
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 466540346

Ein umfassendes Verständnis der Quantendynamik in neuartigen und unkonventionellen Materialien ist eine der wichtigsten offenen Fragen in der Physik der kondensierten Materie. Das Projekt widmet sich der theoretischen Untersuchung des möglichen hydrodynamischen Verhaltens von Ladungsträgern in topologischen Materialien und stark korrelierten Systemen. Ziel des Projekts ist es, einen physikalischen Einblick in das grundlegende Problem des Zusammenspiels von starken Elektron-Elektron-Wechselwirkungen (und entsprechenden Korrelationen) und Unordnung sowie deren Manifestationen in beobachtbaren Transportphänomenen zu gewinnen.Die traditionelle Transporttheorie basiert auf dem Quasiteilchen-Paradigma. In konventionellen Leitern kann das System aus schwach wechselwirkenden Quasiteilchen mit Hilfe der kinetischen Gleichung beschrieben werden. Auf semiklassischer Ebene führt die übliche "Tau-Näherung" für das Kollisionsintegral zur Drude-ähnlichen Beschreibung von Transportphänomenen, wobei die zentrale Größe die mittlere freie Zeit oder "Lebensdauer" der Quasiteilchen ist. In stark korrelierten Systemen kann der Quasiteilchen-Ansatz versagen, z.B. in der "strange metal"-Phase von unkonventionellen Supraleitern oder Twisted-Bilayer-Graphen. Darüber hinaus kann, selbst wenn Quasiteilchen definiert werden können, der semiklassische kinetische Ansatz in Mehrkomponentensystemen mit nicht-Abelschen Freiheitsgraden (z. B. Spin oder Isospin) aufgrund der reinen Quantennatur der letzteren versagen. Das ultimative Ziel dieses Projekts ist es, eine makroskopische Theorie des elektronischen Transports in stark korrelierten Systemen zu entwickeln und die Möglichkeit des hydrodynamischen Verhaltens zu untersuchen.Die Hauptrichtung dieses Projekts ist die Quantendynamik in topologischen Materialien, ein sich aktiv entwickelndes Gebiet der Physik der kondensierten Materie mit mehreren hochprofilierten Experimenten, die Hinweise auf das hydrodynamische Verhalten zeigen. Besonders interessant ist das Zusammenspiel von topologischer Bandstruktur und Elektron-Elektron-Wechselwirkungen (verantwortlich für die Herstellung des lokalen Gleichgewichts, das der üblichen hydrodynamischen Theorie zugrunde liegt). Die Entwicklung eines kohärenten Bildes des makroskopischen Transports unter Einbeziehung der Effekte nicht-trivialer, mehrkomponentiger Bandstruktur, elektronischer Korrelationen und schwacher Unordnung ist das langfristige Ziel des Projekts. Die Ziele des Projekts sind besonders relevant für das Engineering und die Funktionalisierung neuartiger Materialien. Aus methodologischer Sicht zielt das Projekt auf die Entwicklung eines theoretischen Rahmens für die Untersuchung makroskopischer Transporteigenschaften auf der Grundlage des mikroskopischen Vorgehens bei der quantenkinetischen Theorie im Sinne der vom Antragsteller im Zusammenhang mit Graphen entwickelten linearen Reaktionstheorie.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen