P4: Trennung von elektronischer und Gitterdynamik in Kagome-Metallen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Hélène Seiler
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531215165

Ein zentrales Ziel von OPTIMAL ist die optische Kontrolle von Quantenmaterialien durch impulsive Anregung (G1). Das Erreichen dieses Ziels geht Hand in Hand mit einem tiefen Verständnis der mikroskopischen Wechselwirkungen zwischen Elektronen und Phononen. Im Projekt wollen wir die elektronischen und die Gitterbeiträge und ihre gegenseitigen Wechselwirkungen in Kagome-Metallen entschlüsseln. Wir werden die ultraschnelle Elektronenbeugung als direkte Sonde für die kohärente und inkohärente Gitterdynamik einsetzen. Wir werden kohärente zweidimensionale Spektroskopie bei optischen Frequenzen einsetzen, um nicht-thermische Elektronenverteilungen und -kohärenzen zu untersuchen und optische Kontrollsysteme auf der Grundlage von Pulsformung zu implementieren. Durch die Kombination dieser beiden hochmodernen Techniken werden wir Forschungsfragen wie die folgenden angehen: Was sind die Dissipationspfade in photoangeregten Kagome-Metallen? Welche Rolle spielt das Gitter bei der Entstehung von geordneten Phasen? Inwieweit gibt es nichtthermische, verborgene Phasen des Kristallgitters? Inwieweit können wir die Technologie der Impulsformung für kohärente Kontrollsysteme nutzen? Welche Rolle spielt die Dynamik des Gitters senkrecht zur Ebene bei der Etablierung der CDW-Phase? Das Projekt ist eng mit P3 verbunden, das die komplementäre Methode der zeit- und winkelaufgelösten Photoemissionsspektroskopie (trARPES) einsetzt, um die elektronische Dynamik in Kagome-Metallen im Reziproken raum aufzulösen. Die theoretische Unterstützung für P4 wird weitgehend von P3 geliefert. Starke Synergien bestehen auch mit P6, wo trARPES und Phononenpumpen für das Bandstruktur-Engineering eingesetzt werden sollen. Die in P4 gewonnenen Informationen über die Dissipationspfade und die kohärenten Gitterbewegungen in Kagome-Metallen werden für P6 von entscheidender Bedeutung sein. Aus den gleichen Gründen ist das Projekt P4 eng mit P5 verbunden, das darauf abzielt, kollektive Moden in mikrostrukturierten Hohlräumen zu nutzen. Unser Projekt weist auch eine starke Verbindung zu Schlawin P7 auf, mit dem wir das Gebiet der 2D-Spektroskopie von Quantenmaterialien durch eine Kombination von Experimenten und Simulationen vorantreiben wollen. Wir stellen uns eine mögliche Zusammenarbeit mit PI Eckstein P1 bei der theoretischen Modellierung von getriebenen geordneten Zuständen. Nicht zuletzt ergänzen die von Mercator-Stipendiat Matteo Mitrano geplanten zeitaufgelösten inelastischen Röntgenexperimente an Kagome-Metallen direkt die ultraschnellen Elektronenbeugungsstudien.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5750: Optische Kontrolle der Quantenmaterie (OPTIMAL)