Korrelierte topologische Quantenmaterialien

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Sushmita Chandra; Professor Dr. Ronny Thomale
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449872909

P3 wird als enge Experiment-Theorie-Kollaboration fortgesetzt, die die Grenzen zweier aktueller QUAST-Materialplattformen auslotet, die aus der Forschungstätigkeit der ersten Förderperiode hervorgegangen sind: Kagome-Metalle und Übergangsmetall-Dichalcogenide (TMDs). Experimentell liegt der Schwerpunkt auf der Erweiterung des Spektrums der Materialien dieser Klassen und ihrer neuen physikalischen Eigenschaften. Theoretisch werden wir uns auf die Entwicklung neuer Methoden konzentrieren, um die Herausforderung zu meistern, elektronisch getriebene Ordnungen in diesen Multibandverbindungen zu simulieren und dabei auch gemischte itinerante und lokalisierte Freiheitsgrade zu berücksichtigen. Mehrere Familien von Kagome-Materialien wurden in den letzten Jahren mit einer Vielzahl von experimentellen Techniken erforscht. Dabei wurden qualitativ neue physikalische Phänomene nachgewiesen, wie z. B. riesige anomale Hall-Effekte, entstehende Chiralität in Flussphasen, ein kompliziertes Zusammenspiel zwischen Supraleitung und solchen chiralen Ladungsordnungen sowie ein empfindliches Gleichgewicht zwischen elektronischen und phononischen Beiträgen zu Korrelationsphänomenen. Wir gehen davon aus, dass die Erweiterung des Raums der Verbindungen es uns ermöglichen wird, universelle Trends aus den Details spezifischer Verbindungen zu erkennen. Insbesondere planen wir, Materialien zu analysieren, in denen magnetische Fluktuationen und magnetische Ordnung eine stärkere Rolle spielen, um zu sehen, wie dieses neue Verständnis von wandernden Kagome-Systemen mit der Physik der (theoretisch) etablierteren magnetischen Domänen interagiert, die meist ein Mott-isolierendes, lokales Moment-Szenario aufweisen. Zu diesem Zweck erforschen wir die Synthese von chrombasierten Kagome-Verbindungen, für die wir aufgrund der höheren Füllung der d-Schale im Vergleich zu den bekannten Titan- oder Vanadiumbasierten Familien stärkere Korrelationseffekte erwarten. Ein besonderer Schwerpunkt wird auf der Erforschung ihrer Druckphasendiagramme liegen. Schließlich werden auch die f-orbtialen Kagome-Metalle im Mittelpunkt unserer Synthesebemühungen stehen. Die theoretische Modellierung ihrer Physik wird auf unserer Fluktuationserweiterung der Slave-Boson-Methode aufbauen, die in der ersten Förderperiode von QUAST entwickelt wurde, sowie auf DMFT-Rechnungen in Zusammenarbeit mit anderen QUAST-Projekten. TMDs haben in den letzten Jahren zu mehreren bahnbrechenden Entdeckungen in der Physik der kondensierten Materie beigetragen (Typ-II-Weyl-Semimetalle, Hochtemperatur-Quantenspin-Hall-Effekt, Wigner-Kristalle, fraktionierte Chern-Isolatoren), da sie eine sehr vielseitige Familie darstellen, die sowohl topologische als auch korrelierte Physik bietet. Wir werden uns darauf konzentrieren, geschichtete Bulk-Materialien für die Unterstützung eines 3D-Quanten-Hall-Effekts (sowohl ganzzahlig als auch fraktional) zu erforschen und, sobald dies gelungen ist, zu versuchen, sie bis hinunter zu Monol

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5249: Quantitative räumlich-zeitliche Modellierung von Materie mit elektronischen Korrelationen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Partnerorganisation: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr. Claudia Felser
• Kooperationspartner: Professor Dr. Titus Neupert