Nichtgleichgewichtsfeldtheorien von getriebenen Materialien

• Antragsteller: Dr. Carl Philipp Zelle
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 570906600

Das Konzept des thermischen Gleichgewichts bildet die Grundlage für unser Verständnis von Phasen und Phasenübergängen in Vielteilchensystemen. In den letzten Jahren haben Systeme, die die Bedingungen des thermischen Gleichgewichts durch Treiben und Dissipation brechen, für einen Strom an experimenteller wie theoretischen Forschung gesorgt. Dies wirft grundlegende Fragen auf: Welche Phasen und Phasenübergänge können in Materialien fernab des Gleichgewichts entstehen? Welche neuen Phänomene, die im Gleichgewicht ausgeschlossen sind, treten auf? In diesem Projekt werde ich universelle Strukturen in Nichtgleichgewichtsphasen und -übergängen, die für aktuelle experimentelle Plattformen für optisch gepumpte Materialien relevant sind, identifizieren und analysieren. Zahlreiche aktuelle Experimente zeigen, dass das Pumpen von Kupratverbindungen mit einem Laserpuls eine vorübergehende supraleitende Phase hervorrufen kann. Solche durch Treiben induzierte Nicht-Gleichgewichtsphasenübergänge können sich deutlich von Gleichgewichtsübergängen abheben. Wie in meiner Doktorarbeit gezeigt, können sie neuartige Universalitätsklassen verwirklichen, die Skalierungsverhalten, das thermischen Fluktuations-Dissipations-Beziehungen trotzt, implizieren. Ich werde effektive Nichtgleichgewichtstheorien entwickeln, die den Übergang zu photoinduzierter Supraleitung in Materialien mit hoher kritischer Temperatur T_c beschreiben. Hierzu sind Eichfelder ein notwendiger Bestandteil. Sie sind von Nöten, um die Kopplung an das elektromagnetische Feld zu beschreiben. Außerdem zeigen aktuelle theoretische Studien, dass nichtabelsche, emergente Eichfelder notwendig sind, um die sogenannte pseudogap-phase, in der sich die Materialien im Gleichgewicht befinden, zu beschreiben. Dies führt zu einer Theorie getrieben-dissipativer Phasenübergänge in Gegenwart von Eichfeldern und verspricht die Identifizierung neuartiger Nichtgleichgewichts-Universalitätsklassen, die für die derzeitigen experimentellen Plattformen relevant sind. Eine weitere zentrale Plattform für Nicht-Gleichgewichtsphänomene sind getriebene Kondensate von Polaritonen in Materialien in optischen Cavities. Die makroskopischen Korrelationsfunktionen dieser Systeme werden von einer U(1)-Goldstone-Mode dominiert, die die Kardar-Parisi-Zhang (KPZ)-Universalitätsklasse verwirklicht. Diese wurde ursprünglich in Wachstumsprozessen von Oberflächen identifiziert. In Materialien mit einer zusätzlichen langreichweitigen Ordnung koppelt die Polariton-Mode an die masselosen Moden dieses Ordnungsparameters, wie experimentell in Van-der-Waals-Materialien in optischen Cavities gezeigt wurde. Ich werde die entsprechenden nichtthermischen, nichtlinearen Sigmamodelle entwickeln, um das Skalierungsverhalten dieser gekoppelten Goldstone-Moden zu bestimmen. Dies führt zu einer Verallgemeinerung der KPZ-Universalklasse auf größere Symmetriegruppen und weist auf neuartige Skalierungsgesetze in nichtthermischen Phasen von Quantenmaterie hin.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Subir Sachdev