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Projekt
Topologische Phasen in langreichweitig wechselwirkenden Spinsystemen
Antragstellerin
Professorin Dr. Beatriz Olmos Sanchez
Fachliche Zuordnung
Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
Förderung
Förderung seit 2026
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465199066
Unser Projekt untersucht eine der zentralen offenen Fragen der modernen Physik: Wie verhalten sich topologische Phasen der Materie, wenn die Wechselwirkungen über große Distanzen reichen? Topologische Phasen sind bemerkenswerte Zustände der Materie, deren Eigenschaften gegen lokale Störungen geschützt sind. Die Frage, wie sich diese Phasen im Beisein langreichweitiger Wechselwirkungen verändern, ist von grundlegendem Interesse und erfordert neue theoretische Ansätze. Darüber hinaus verfügen viele aktuelle Quantensimulationsplattformen - wie Anordnungen hoch angeregter Rydberg-Atome, Ionenfallen und supraleitende Qubits - von Natur aus über langreichweitige Kopplungen, die nur langsam mit dem Abstand abfallen und somit eine direkte Erforschung dieser neuen topologischen Phasen ermöglichen könnten. Das erste Ziel dieses Vorhabens ist es, ein grundlegendes Verständnis darüber zu gewinnen, wie langreichweitige Wechselwirkungen die Entstehung und Stabilität topologischer Quasiteilchen - etwa Majorana-Moden oder kollektive Spinanregungen - prägen. Durch die Entwicklung analytischer Abbildungen und großskaliger numerischer Simulationen wollen wir klären, ob vertraute Konzepte wie die Bulk-Rand-Korrespondenz weiterhin gelten oder ob völlig neue Formen von Topologie entstehen. Zudem wollen wir untersuchen, wie sich solche Phasen dynamisch nachweisen und charakterisieren lassen. Dazu analysieren wir die Ausbreitung von Korrelationen, das Wachstum der Verschränkung und den Transfer von Information, um robuste dynamische Fingerabdrücke langreichweitiger Topologie zu identifizieren. Darüber hinaus werden wir erforschen, wie periodisches Anregen (Floquet-Engineering) und Dissipation diese Phasen beeinflussen. Während periodisches Anregen völlig neue Formen topologischer Materie hervorrufen kann, wird Dissipation oft als störend angesehen. Hier wollen wir das Zusammenspiel mit langreichweitigen Kopplungen untersuchen und prüfen, ob sich dadurch exotische Moden stabilisieren lassen oder unerwartetes dynamisches Verhalten auftritt. Schließlich werden wir diese theoretischen Erkenntnisse mit Experimenten verknüpfen. Durch konkrete Vorschläge für Nachweismethoden - etwa spinaufgelösten Transport oder Photonemission in Rydberg-Atom-Arrays - werden wir fundamentale Entdeckungen in Protokolle übersetzen, die mit heutigen Quantensimulatoren umsetzbar sind. Zusammenfassend zielt das Projekt darauf ab, die grundlegende Frage zu beantworten, wie langreichweitige Wechselwirkungen die Topologie verändern können, und experimentelle Wege zu entwickeln, um diese Effekte in den heute hochkontrollierbaren Quantenplattformen zu beobachten und nutzbar zu machen.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
