Abbildung fraktionierter Anregungen und deren Einfluss auf magnetische Wechselwirkungen in zweidimensionalen Quantenspinflüssigkeiten

• Antragsteller: Dr. Lucas Schneider
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 529232793

Die Physik der Quantenspinflüssigkeiten (QSFs) und ihrer fraktionierten Quasiteilchenanregungen fasziniert Wissenschaftler seit Jahrzehnten, ist aber schwer experimentell zu untersuchen. Interagierende Spins in konventionellen magnetischen Materialien ordnen sich bei ausreichend niedrigen Temperaturen, was zu quasi-klassischen magnetischen Grundzuständen wie Ferromagnetismus, Antiferromagnetismus oder nichtkollinearer magnetischer Ordnung führt. Im Gegensatz dazu sind QSFs exotische Materialzustände, in denen konkurrierende Wechselwirkungen zwischen den Spins zu einer hohen Entartung des Grundzustands führen. Infolgedessen wird in QSFs weitreichende Quantenverschränkung auch ohne langreichweitige magnetische Ordnung gefunden, selbst wenn sich die Temperatur dem absoluten Nullpunkt nähert. Interessanterweise sind die Anregungen des QSF-Zustands fraktionierte Quasiteilchen wie Spinonen, Visonen oder Majorana-Quasiteilchen (MQTs). Ein erneuertes Interesse an QSFs entstand außerdem durch die Erkenntnis, dass Hochtemperatur-Supraleitung möglicherweise aus einem dotierten QSF-Zustand hervorgehen könnte und dass die Anregungen einiger QSFs eine nicht-Abelsche Austauschstatistik mit vielversprechenden Anwendungen für Quanteninformationstechnologie zeigen können. Das Ziel dieses Vorhabens ist es zu zeigen, wie Rastertunnelmikroskopie und -spektroskopie in Kombination mit elektrostatischer Dotierung verwendet werden können, um mikroskopischen Zugang zur Physik der fraktionierten Quasiteilchen und der stark korrelierten Phasen in zwei verschiedenen Materialien zu erhalten, die als interessante Kandidaten für einen QSF Zustand gehandelt werden: 1T-Tantaldiselenid und Alpha-Rutheniumchlorid. Diese Materialien werden mit anderen 2D-Materialien zu Heterostrukturen kombiniert, die neuartige Eigenschaften und Funktionalitäten aufweisen. Die hier vorgeschlagenen Experimente könnten zur Entdeckung neuer magnetischer Wechselwirkungen in einem elektrischen Isolator (vermittelt durch Spinonen), zur Charakterisierung einer neuen Klasse von korrelationsgetriebenen Supraleitern sowie zur Realraum-Abbildung von QSF-basierten, topologisch geschützten MQTs führen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Michael F. Crommie, Ph.D.