Frustrierter Magnetismus der nächsten Generation

• Antragsteller: Professor Dr. Lode Pollet
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 530111096

Magnetische Frustration bietet die Möglichkeit, Quanten-Vielteilchenverschränkung zu untersuchen und zu manipulieren, ohne durch magnetische Ordnung behindert zu werden. Ihr Einfluss hat sich über die Festkörperphysik in Multiferroika, Skyrmionen, künstlichen Gittern, usw ausgebreitet und lässt zu, aufregende Hochenergiephysik bzw. entstehende Eichfelde, Majorana-Fermionen und Fraktonen auch bei niedriger Energie zu untersuchen. Allerdings sind nur eine Handvoll Geometrien bekannt, die frustrierte Modelle realisieren. Hier fügen wir eine neue Geometrie hinzu, nämlich das zentrierte Pyrochlorgitter (CPy), welches vielseitiger ist als das Kagome- und Pyrochlorgitter. In einer ersten Veröffentlichung (Nutakki, 2022) haben wir gezeigt, wie es in metallorganischen Frameworks (MOF) für klassische Spins realisiert wird. Nachdem wir eine robuste klassische Spinflüssigkeit etabliert haben (Nutakki, 2023), werden wir nun entlang zweier komplementärer Linien über das klassische Modell hinausgehen: (A) Das CPy umfasst sowohl U(1), als auch Z2-Spinflüssigkeiten, deren Spektralfunktionen wir unter Verwendung von Quanten-Monte-Carlo-Simulationen (L. Pollet) ausrechnen werden. Die Visualisierung der Spektralfunktionen wird die Konkurrenz zwischen Spinflüssigkeiten und geordneter Phase offenlegen, und hat auch einen großen pädagogischen Wert. (B) Obwohl es gut bekannt ist, wie eine einfache Feldtheorie wie Elektromagnetismus im niederenergetischen Grenzfall einiger frustrierter Systeme hervorgehen kann, findet man nur selten komplexere Eichfelder. Dies ist bedauerlich, da ihre Quasi-Teilchen-Anregungen vielversprechende Eigenschaften für die Speicherung und den Transport von Informationen aufweisen. L. Jaubert ist Experte in der systematischen Untersuchung von generischen, frustrierten Hamiltonoperatoren, die wir auf das CPy-Gitter anwenden werden, um ungewöhnliche Eichfelder zu finden und zu entwerfen. Hierfür werden wir sowohl Kontinuumsfeldtheorie, als auch Monte-Carlo-Simulationen verwenden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Dr. Ludovic Jaubert