Charakterisierung von Topologie, Frustration und Hybridisierung in Quantenmaterie unter extremen Bedingungen mittels Synchrotronstrahlung

• Antragsteller: Dr. Marein Rahn
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501391385

Die Gestaltung und Manipulation von topologischen Bandinversionen, topologischem Magnetismus und Supraleitung sind die begehrtesten Fortschritte in der Quantenmaterialphysik. Dabei ist es wiederkehrendes Hindernis, dass sich die Mechanismen emergenter Phänomene nur schwer auf Ladungs-, orbitale, magnetische und strukturelle Freiheitsgrade und deren Wechselwirkungsmechanismen zurückführen lassen. Eine Strategie besteht darin, das Gleichgewicht zwischen konkurrierenden Termen eines Hamilton-Operators zu ändern, den Einfluss auf Ordnung und Fluktuationen zu beobachten und diese Änderungen mit makroskopischen Eigenschaften in Verbindung zu setzen. Damit, dass unsere Fähigkeiten, Quantenmaterie herzustellen, zu manipulieren und zu beobachten, derzeit auf der Nanoskala konvergieren, gewinnt dieser Ansatz besonders an Potential. Während solche Erkenntnisse traditionell große Einkristalle erforderten, werden Experimente an Lichtquellen der 4. Generation Ordnung und Fluktuationen korrelierter Materie "auf einem Chip" und in extremsten Probenumgebungen beobachten. Dieses Projekt zielt darauf ab, solche Fähigkeiten zu nutzen, um drei vielversprechende Themenbereiche zu adressieren: Wir werden (1) magnetische Wechselwirkungen zur Manipulation topologischen Bandinversionen nutzen, (2) das Gleichgewicht konkurrierender Wechselwirkungen modifizieren, um neuartige magnetische Ordnung und Dynamik zu stabilisieren und (3) materialspezifische Kenntnisse über den Mechanismen von Gitterkohärenz, Nematizität und Supraleitung anstreben. Durch nachgewiesene Expertise in jedem dieser Bereiche ist der Bewerber in einzigartiger Weise qualifiziert, dieses Programm durchzuführen. Das experimentelle Hauptziel der Gruppe ist es, innovative Messstrategien resonanter Röntgenstreuung zu etablieren. Insbesondere werden wir die Bestimmung von Quantenordnung und Fluktuationen mit in-situ-Transportmessungen kombinieren und solche Experimente unter extremem Druck, Zugspannung und Magnetfeldern durchführen. Diese Ziele wurden mit Entwicklungen an Synchrotronstrahlrohren abgestimmt und werden in enger Zusammenarbeit mit diesen Einrichtungen umgesetzt. Die Gruppe wird selbst neue Instrumente entwickeln, um unbekannte Phasen im Sub-Kelvin/Pulsfeld-Bereich zu erschließen. Durch sieben Jahre internationaler Forschung hat der Antragsteller ein originelles wissenschaftliches Portfolio aufgebaut und sich Unterstützung von einem weltweiten Netzwerk renommierter Experten gesichert. In den vergangenen zwei Jahren hat er seine Ziele erfolgreich in das dynamische Forschungsumfeld Dresden-Concept eingebettet. Angesichts des interdisziplinären Charakters des Projekts (Kombination von Streuung mit Transport, Nanofabrikation und Mikroskopie) wird die einzigartige Dichte an Quantenmaterie-Expertise rund um die TU Dresden ein wesentlicher Vorteil sein. Der Bewerber hat in der Forschung, wie auch in der der Lehre ausgeprägte Führungsqualitäten und zwischenmenschliche Fähigkeiten unter Beweis gestellt.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: He-3 cryostat
• Gerätegruppe: 8550 Spezielle Kryostaten (für tiefste Temperaturen)