TRR 21:  Quantenkontrolle in maßgeschneiderter Materie: Gemeinsame Perspektiven von mesoskopischen Systemen und Quantengasen

• Fachliche Zuordnung: Physik
• Förderung: Förderung von 2005 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5486344

Quantenmaterie bietet eine beeindruckende Vielfalt von physikalischen Phänomenen wie zum Beispiel die Suprafluidität, die Supraleitung und den anomalen Elektronentransport in niedrigdimensionalen Systemen. Gleichzeitig ist unser Verständnis der nano- und mesoskopischen Quantenmaterie stark eingeschränkt. Hierfür sind die in der Quantenmaterie dominierenden starken Korrelationen und die Quanteneffekte verantwortlich. Daher sind Systeme, die in wohl definierter Umgebung und Geometrie dynamisch kontrolliert werden können, sehr gut dazu geeignet, neue Erkenntnisse zu liefern, die es ermöglichen
-- neue Zustände der Materie zu entdecken,
-- neue dynamische Quantenzustände zu erzeugen,
-- das Verständnis des Skalierungsverhaltens von wenigen zu vielen gekoppelten Systemen zu entwickeln,
-- Dekohärenzeffekte zu manipulieren und zu untersuchen sowie
-- Licht-Materie-Zustände zu kontrollieren.
Das gemeinsame Ziel der beteiligten Quantenoptik- und Festkörperexperten ist es, die teilweise komplementären Kontrollmöglichkeiten einzusetzen, um Vielteilchenquantenkorrelationen gezielt zu steuern und die Gemeinsamkeiten von mesoskopischen Systemen und Quantengasen dazu zu nutzen, diese Ziele zu erreichen. In den letzten Jahren ist es gelungen, Quantengase als wechselwirkende Quantenmaterie in sehr gut definierten Geometrien und bei ultrakalten Temperaturen zu kontrollieren. Gleichzeitig zeigen mesoskopische Systeme und Bauelemente in vielerlei Hinsicht sehr ähnliches Verhalten. Daher ist es unser Ziel, anhand der gemeinsamen physikalischen Fragestellungen in mesoskopischen Systemen und Quantengasen in enger Zusammenarbeit das Verständnis von Quantenmaterie voranzubringen, um die Voraussetzung für die gezielte Anwendung von maßgeschneiderten Quantenmaterialien zu schaffen.

• DFG-Verfahren: Transregios

Abgeschlossene Projekte

• A01 - Einfache und komplexe Quantenpunkt-Systeme als Modellsysteme zur Untersuchung und Kontrolle von Kohärenz- und Korrelationseffekten (Teilprojektleiter von Klitzing, Klaus ;  Weis, Jürgen ;  Wharam, David )
• A02 - Dipolare Quantengase (Teilprojektleiter Griesmaier, Axel ;  Pfau, Tilman ;  Santos, Luis )
• A03 - Licht-Matrie Zustände mit magnetischen Molekülen (Teilprojektleiter Dressel, Martin ;  Scheffler, Marc )
• A04 - Abstimmbare Dekohärenz in atomaren Quantenpunkten (Teilprojektleiter Pfau, Tilman ;  Stuhler, Jürgen ;  Weiss, Ulrich )
• A05 - Maßgeschneiderte 0-Pi Josephsonkontakte als ein makroskopisches Quantensystem (Teilprojektleiter Goldobin, Edward ;  Kleiner, Reinhold ;  Schleich, Wolfgang )
• A06 - Transport durch Quantenpunkte außerhalb des Gleichgewichts (Teilprojektleiter Muramatsu, Alejandro )
• A07 - Kontrolle von Vielteilchen-Quantensystemen (Teilprojektleiter Calarco, Tommaso ;  Montangero, Simone )
• A08 - Geladene Fremdatome in einem ultrakalten Atomgas (Teilprojektleiter Hecker Denschlag, Johannes )
• B01 - Stark korrelierte Quantengase in optischen Gittern (Teilprojektleiter Muramatsu, Alejandro ;  Walser, Reinhold ;  Weitz, Martin )
• B02 - Ultrakalte Atome in nichtstandard optischen Gittern (Teilprojektleiter Santos, Luis )
• B04 - Stark wechselwirkende Fermionen im und außerhalb des Gleichgewichtszustands (Teilprojektleiter Büchler, Hans Peter ;  Deissler, Benjamin ;  Hecker Denschlag, Johannes ;  Muramatsu, Alejandro ;  Wessel, Ph.D., Stefan )
• B05 - Nichtgleichgewichtsdynamik atomarer Gase in Fallenpotentialen mit kontrollierbaren geometrischen Formen (Teilprojektleiter Schleich, Wolfgang ;  Walser, Reinhold )
• B06 - Geordnete Zustände in stark wechselwirkenden Rydberg-Gasen (Teilprojektleiter Büchler, Hans Peter ;  Pfau, Tilman )
• B07 - Gemische in dynamischen Gittern (Teilprojektleiter Zimmermann, Claus )
• B08 - Resonante Dipol-Dipol-Wechselwirkung mit polaren Molekülen (Teilprojektleiter Büchler, Hans Peter ;  Wessel, Ph.D., Stefan )
• B10 - Exzitonischer Energietransport in Rydberg-Gasen (Teilprojektleiter Hofferberth, Ph.D., Sebastian ;  Löw, Robert )
• B11 - Quantensimulator mit maßgeschneiderten Spingittern in Diamant (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Jelezko, Fedor ;  Kaiser, Ute ;  Plenio, Martin Bodo )
• C01 - Dynamik kollektiver Atom-Licht-Zustände (Teilprojektleiter Weitz, Martin )
• C02 - Supraleitende Mikrofallen (Teilprojektleiter Ankerhold, Joachim ;  Dahm, Thomas ;  Fortágh, József ;  Kölle, Dieter )
• C03 - Kohärente Kontrolle in gekoppelten Quantendotsystemen (Teilprojektleiter Jetter, Michael ;  Michler, Peter ;  Schmidt, Oliver G. )
• C04 - Defektzentren in Diamant (Teilprojektleiter Jelezko, Fedor ;  Neumann, Philipp ;  Wrachtrup, Jörg )
• C05 - Mikro-Ionenfallen (Teilprojektleiter Schmidt-Kaler, Ferdinand )
• C09 - Molekulare Nanostrukturen und Quantengase (Teilprojektleiter Fortágh, József )
• C10 - Interactions between Cold Atoms and Nanostructures (Teilprojektleiter Judd, Thomas )
• C11 - Quantenkohärenz in Lichtsammelkomplexen (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Ghosh, Robin ;  Huelga, Susana ;  Jelezko, Fedor ;  Plenio, Martin Bodo )
• MGK - Integriertes Graduiertenkolleg (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Huelga, Susana ;  Jelezko, Fedor ;  Kleiner, Reinhold ;  Löw, Robert ;  Schleich, Wolfgang ;  Schmidt-Kaler, Ferdinand ;  Weis, Jürgen )
• Z - Zentrale Aufgaben des SFB / TRR 21 (Teilprojektleiter Pfau, Tilman )
• Ö - CO.CO.MAT für die Öffentlichkeit (Teilprojektleiter Fortágh, József ;  Löw, Robert ;  Pfau, Tilman )

• Antragstellende Institution: Universität Stuttgart
• Mitantragstellende Institution: Eberhard Karls Universität Tübingen; Universität Ulm
• Sprecher: Professor Dr. Tilman Pfau