Chirale Symmetriebrechung und konkurrierende Ordnungen in korrelierter Quanten-Materie und Materialien

• Antragstellerin: Dr. Friederike Ihssen
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie ; Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 574031240

Jüngste Experimente können relativistische Mott-Phasenübergänge in verdrehten Doppellagen aus z.B. Wolframdiselenid, einem Moiré-Material, messen. Der Aufbau dieses Experiments (und ähnlicher) ermöglicht einen kontrollierten Zugang zu Quanten-Phasenübergängen in Zimmergröße. In diesem Projekt möchte ich eine quantitative theoretische Beschreibung dieser Phasenübergangsphänomene entwickeln, indem ich Parallelen und Methoden aus der Teilchenphysik und insbesondere der Quantenchromodynamik (QCD) heranziehe. Die QCD ist bekannt für ihre reiche Phasenstruktur, mit emergenten gebundenen Zuständen und sogar supraleitenden und inhomogenen Phasen und war Forschungsthema meiner Doktorarbeit. Das Projekt ist in drei Teile gegliedert: Zunächst werde ich in Projekt (A) nicht-perturbative funktionale Renormierungsgruppen-Methoden (RG) einsetzen, um zu untersuchen, welche Arten von Ordnung in einem gegebenen Moiré-Material quantitativ relevant sind. Anschließend werde ich in Projekt (B) die RG in Kombination mit fortgeschrittenen numerischen Verfahren aus der Fluiddynamik, insbesondere Diskontinuierlichen-Galerkin-Methoden, verwenden, um die freien Energie mit einem vollständig feldabhängigen Ordnungsparameterpotential zu berechnen. Diese Kombination erlaubt es zu erkennen, ob ein Phasenübergang erster oder zweiter Ordnung ist, und kann bestimmen, welche konkurrierende Ordnungsart die Phasenstruktur dominiert, wenn mehrere Ordnungsparameterfelder berücksichtigt werden. Abschließend werde ich in Projekt (C) den Formalismus weiterentwickeln, um experimentelle Größen, wie z.B. die longitudinale Leitfähigkeit aus den in (B) gewonnenen numerischen Daten zu extrahieren und die Ergebnisse mit dem Experiment zu vergleichen. Zusammenfassend zielen die Projekte (A)–(C) auf eine quantitative Beschreibung der spontanen Symmetriebrechung in stark korrelierten und stark gekoppelten Festkörper-Systemen ab.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle