Mikroskopische und Nanoskopische Physik Topologischer Metalle

• Antragsteller: Dr. Maxim Breitkreiz
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 506208038

Topologische Metalle sind charakterisiert durch topologisch geschützte Band-Berührungspunkte, die der Dispersion elementarer Weyl Fermionen ähnelt und diese auf unterschiedliche Arten verallgemeinert. Seit der experimentellen Entdeckung in 2015, bildet die Erforschung dieser Materialien ein breites Feld in der Physik kondensierter Materie. Viel weniger erforscht sind Systeme die entstehen, wenn ein topologisches Metall räumlich auf der mikro- oder nanoskopischen Skala begrentzt wird. Die Besonderheit dieser Systeme ist nicht etwa die Präsenz von Weyl Fermionen, die wegen der gebrochenen Translationsinvarianz nicht länger topologisch geschützt sind, sondern die neuartige Eigenschaft, dass Zustände nahe der Fermi Energie verbunden im Impulsraum und gleichzeitig getrennt im Realraum sind. Vorarbeiten zeigen, dass diese Besonderheit weitreichende Konsequenzen in einer Vielzahl von Effekten hat. Insbesondere ergibt sich eine neuartige topologische Klassifizierung dieser Metalle, ein unkonventionelles diffusives Verhaltens, reiche und kontrollierbare elektronische Antwort auf einfallendes Licht und eigenartige Proximity-Effekte. Dieses Emmy-Noether-Projekt wird in Form von ähnlich diversifizierten Teilprojekten durchgeführt, die durch das Ziel verbunden sind, ein breites theoretisches Verständnis dieser Systeme zu schaffen und ihre experimentelle Umsetzung voranzutreiben. Insbesondere werden wir Möglichkeiten erforschen, die Fermi-Flächen dieser Metalle in topologisch unterschiedlichen Formen zu gestalten, Transportkoeffizienten zu erhöhen, einschließlich der Leitfähigkeit und der Umwandlung von Licht in elektrischen Strom, und Dichte-Wellen-Ordnungen zu ermöglichen. Die Besonderheit dieser Systeme bringt rechnerische Herausforderungen mit sich, die sich aus der symmetriebrechenden räumlichen Begrenzung und der Verflechtung von Raum- und Impulsfreiheitsgraden ergeben. Wir werden verschiedene bekannte analytische und numerische Techniken anwenden, die wir auf neuartige Weise kombinieren und erweitern werden, damit sie für diese Systeme anwendbar sind.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen