Das Zusammenspiel von starken Korrelationen und Topologie in 2D Moiré-Materialien

• Antragsteller: Dr. Timo Gräßer
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 570240234

Nach der Entdeckung von Graphen und anderen zweidimensionalen (2D) Systemen mit atomarer Dicke ergab sich die Möglichkeit, neuartige Materialien durch die Kombination von 2D-Schichten zu entwickeln. Ein bedeutender Durchbruch gelang 2018 mit der Entdeckung von Gate-steuerbarer Supraleitung und korrelierten Isolatorzuständen in mit magischem Winkel verdrehtem, zweischichtigem Graphen, d.h., zwei aufeinanderliegende Graphenschichten mit einem relativen Drehwinkel von etwa 1 Grad. Dies eröffnete die modernen Forschungsgebiete der Twistronik und Moiré-Materialien. Durch das Stapeln von zwei ähnlichen, aber nicht identischen Gittern entsteht ein Moiré-Muster mit einer sehr großen Einheitszelle, welches so die elektronische Struktur des Materials verändert und seine Eigenschaften steuert. Die Kombination verschiedener 2D-Materialien mit unterschiedlichen Moiré-Realisierungen eröffnet endlose Möglichkeiten für die Entwicklung von Quantenmaterialien und die Entdeckung neuer Quantenzustände. Seit 2018 wurde eine unglaubliche Vielfalt an Quantenphasen und -phänomenen in verdrehtem zweischichtigem Graphen und anderen Moiré-Materialien entdeckt. Ein umfassendes Verständnis der Natur und Phänomenologie der Quantenzustände in diesen Materialien steht noch aus. Zentrale Bestandteile sind die Bildung sehr schmaler elektronischer Bänder, die empfindlich auf elektronische Wechselwirkungen reagieren, sowie unkonventionelle, topologische Eigenschaften, die die Bildung lokaler Momente nicht-trivial beeinflussen. Die effektiven mikroskopischen Beschreibungen hängen von der spezifischen Moiré-Geometrie und der chemischen Zusammensetzung ab. Mit Hilfe der etablierten dynamischen Molekularfeldtheorie verfolgt dieses Projekt das Ziel, Quantenzustände, die an starke elektronische Korrelationen und Topologie gekoppelt sind, in Moiré-Materialien tiefgreifend zu verstehen. Der Hauptfokus liegt dabei auf den Moiré Materialien mit magischem Winkel verdrehtes, zweischichtiges Graphen und AB-gestapeltes MoTe2/WSe2, welche beide effektiv durch topologische Schwerfermionenmodelle beschrieben werden können.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Spanien
• Gastgeberin: Dr. Elena Bascones Fernández de V