Quantitative Räumlich-Zeitliche Modellierung von Materie mit Elektronischen Korrelationen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Sabine Andergassen; Professorin Dr. Silke Bühler-Paschen; Professor Dr. Karsten Held; Professor Dr. Alessandro Toschi
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449872909

Quantenphasenübergänge (QPÜ) stellen aufgrund ihres Auftretens in extremen Parameterbereichen und des Zusammenspiels verschiedener Freiheitsgrade eine der anspruchsvollsten Herausforderungen für die theoretische und experimentelle Untersuchung korrelierter Quantenmaterialien dar. Unsere Ergebnisse der ersten Förderperiode weisen einen klaren Weg zum Verständnis der zugrundeliegenden Physik. Auf theoretischer Seite planen wir unsere Untersuchungen zur Quantenkritikalität auf Multiorbitalprobleme sowie auf Systeme in Magnetfeldern auszuweiten. Dies ermöglicht uns zudem, die relevanten Effekte unterschiedlicher Fermi-Flächengeometrien und der Topologie auf die Quantenkritikalität in realistischen Vielteilchenrechnungen zu untersuchen, die direkt mit Experimenten verglichen werden können. Experimentell werden neue Informationen aus einer Kombination verschiedener Spektroskopien gewonnen: inelastische Neutronenstreuung (INS), Mikrowellenleitfähigkeit (MW), resonante inelastische Röntgenstreuung (RIXS), winkelaufgelöste Photoemissionsspektroskopie (ARPES) und Schrotrauschen. Diese werden sowohl auf quantenkritische (QC) (z. B. Ce3Pd20Si6, YbRh2Si2) als auch auf topologische (z. B. Ce3Bi4Pd3) Materialien angewendet. Der Zusammenhang zwischen beiden wird anhand von CeRu4Sn6 untersucht, wo wir in der ersten Förderperiode eine topologische Phase identifiziert haben, die aus der Quantenkritikalität entsteht. Ein neuer Schwerpunkt der zweiten Förderperiode ist das Zusammenspiel von Ladungsfluktuationen und Spin-/Orbital-/Gitterfreiheitsgraden. Im Bereich der QPÜ wird die Verbindung zwischen Spin und Ladung explizit untersucht, indem neue MW Leitfähigkeits-/Schrotrausch-Experimente – beide empfindlich gegenüber Ladungsfluktuationen – an YbRh2Si2 durchgeführt werden. Theoretisch wird das Zusammenspiel mit Ladungsfluktuationen auch über QPÜ hinausbetrachtet, sowohl im Hinblick auf unkonventionelle Supraleitung als auch auf deren möglichen Einfluss auf die Elektron-Phonon-Kopplung. In einem zweiten Schritt wird untersucht, wie dieses Zusammenspiel durch die Einbeziehung nichtlokaler Wechselwirkungen mittels der dynamischen Mittelfeldtheorie (DMFT) und ihrer diagrammatischen Erweiterungen, wie der DΓA und der DMF2RG, in schwierigen, aber experimentell relevanten Parameterbereichen (niedrige T, große Wechselwirkungen) verändert wird. Dies erfordert effiziente algorithmische Strategien zur Komprimierung und Manipulation von Zwei-Teilchen-Vertexfunktionen wie der Intermediate-Representation und quantenmechanischen Tensor Trains. Die entsprechenden methodischen Fortschritte werden mehreren theoretischen Projekten von QUAST zugutekommen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5249: Quantitative räumlich-zeitliche Modellierung von Materie mit elektronischen Korrelationen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)