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SFB 1432: Fluktuationen und Nichtlinearitäten in klassischer und Quantenmaterie jenseits des Gleichgewichts
Fachliche Zuordnung
Physik
Chemie
Mathematik
Chemie
Mathematik
Förderung
Förderung seit 2021
Webseite
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Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 425217212
Die Eigenschaften physikalischer Systeme werden häufig durch die Annahme eines lokalen Gleichgewichts und einer linearen Antwort modelliert. Jenseits dieser Näherungen treten jedoch neuartige und teilweise überraschende Phänomene auf, insbesondere auf kurzen Zeit- und Längenskalen. Im Rahmen des SFB 1432 untersuchen wir, wie Fluktuationen das Verhalten klassischer und quantenmechanischer Systeme ändern, die weit vom Gleichgewicht entfernt sind oder durch stark nichtlineare Wechselwirkungen dominiert werden. Auf der Grundlage der jüngsten Entwicklungen in Experiment, Simulation und Theorie erforschen wir direkt die statistischen Eigenschaften physikalischer Größen, wobei wir uns insbesondere auf fortgeschrittene Aspekte wie nicht-Gaußsche Statistik, extreme Nichtlinearitäten, Quantenfluktuationen und -verschränkung, sowie nicht-Markovsche Dynamik mit zeitverzögerter Antwort konzentrieren. In all diesen Fällen können Fluktuationen zu neuen und faszinierenden physikalischen Phänomenen, neuartigen Funktionalitäten und sogar technischen Anwendungen führen. Ein Schlüsselelement dieses SFB ist die Verwendung einer breiten Palette von Systemen und methodischen Ansätzen aus der klassischen und der Quantenphysik. Dieser breite Ansatz ermöglicht es uns, Nichtgleichgewichtsfluktuationen und nichtlinearen Kopplungen auf den Gebieten der weichen Materie, des Quantentransports, des Spintronics, der Nanomechanik und der ultraschnellen Phänomene zu studieren. Indem wir getriebene Systeme stark gekoppelten und nicht-trivialen klassischen und quantenmechanischen fluktuierenden Umgebungen aussetzen, können wir kontrollierte Nichtgleichgewichtsumgebungen schaffen und damit weitgehend unerforschtes Gebiet betreten. Neben neuartigen komplexen kollektiven Prozessen wie dynamischen Phasenübergängen oder Schaltphänomenen erwarten wir für Fluktuationen in Nichtgleichgewichtssituationen ein besseres Verständnis des Übergangs vom Quanten- ins klassische Regime, für den es bisher keine allgemein anerkannten Kriterien gibt. Extreme Nichtlinearitäten in definierten Systemen eröffnen neue Möglichkeiten, die Dynamik zu untersuchen, z. B. in atomaren und nanomechanischen Systemen. Wir untersuchen dieses Wechselspiel zwischen Fluktuationen und Nichtlinearitäten außerhalb des Gleichgewichts in einem breiten Spektrum hybrider Systeme, die Ladungen und Felder sowie kollektive Anregungen von Spin- und Bewegungsfreiheitsgraden kombinieren. Wir vereinen die Expertisen und Methoden der experimentellen und theoretischen Physik mit denen der Chemie und Mathematik. Dazu entwickeln wir innovative theoretische und experimentelle Ansätze zur Charakterisierung von Nichtgleichgewichtsfluktuationen und Nichtlinearitäten, die detaillierte Einblicke in fluktuierende klassische und quantenmechanische Systeme ermöglichen. Indem wir diese Konzepte zu mächtigen Instrumenten für die Forschung weiterentwickeln, wird sich der SFB neue und bislang nicht erforschte Bereiche der Wissenschaft erschließen.
DFG-Verfahren
Sonderforschungsbereiche
Laufende Projekte
- A01 - Coulomb-Korrelationen und nicht-Poissonsche Statistik im Attosekunden-Pikotransport (Teilprojektleiter Leitenstorfer, Alfred )
- A03 - Quantentransport in Wechselwirkung mit maßgeschneiderten Quantenfeldern (Teilprojektleiter Belzig, Wolfgang )
- A04 - Fluktuationen in Elektronenimpulsen im Übergangsbereich zwischen Quantenlimit und Raumladungsdynamik (Teilprojektleiter Baum, Peter )
- A05 - Zeitaufgelöste Quantenverschränkung, Fluktuationen und Messung elektromagnetischer Strahlung (Teilprojektleiter Burkard, Guido )
- A06 - Zeitdomänen-Quantenstatistik nichtklassischer elektrischer Felder im mittleren Infrarot (Teilprojektleiter Leitenstorfer, Alfred )
- A07 - Ladungsfluktuationen in ferroelektrischem HfO2 (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Müller, Martina ; Tenne, Ron )
- B01 - Hybride Rauschexperimente (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Gönnenwein, Sebastian ; Lammel, Michaela )
- B02 - Die Bedeutung von Fluktuationen für magnetischen Transport (Teilprojektleiter Nowak, Ulrich )
- B03 - Mikroskopische Untersuchungen kritischer Spinfluktuationen in 2D Ferromagneten (Teilprojektleiterin Müller, Martina )
- B04 - Angeregte Zustände Tunnelstrom-getriebener, molekularer Spinsysteme und deren Dynamik (Teilprojektleiter Fonin, Mikhail ; Schlitz, Richard ; Winter, Rainer )
- B05 - Untersuchung von spontaner Reaktionsdynamik mittels ultraschneller Elektronenmikroskopie (Teilprojektleiter Baum, Peter )
- B06 - Dynamik von hochfrequenten Spinfluktuationen in magnetisch geordneten Materialien (Teilprojektleiter Gönnenwein, Sebastian ; Nowak, Ulrich )
- B07 - Quantum fluctuations in high-order nonlinear magnonics throughout the Brillouin zone (Teilprojektleiter Bossini, Davide )
- B08 - Nichtlokaler Magnonentransport im tief nichtlinearen Regime (Teilprojektleiter Schlitz, Richard )
- C01 - Fluktuationsinduzierte nichtlineare Dynamik nanomechanischer Systeme (Teilprojektleiterin Weig, Eva M. )
- C02 - Stark getriebene nanomechanische Systeme: klassisch und quantenmechanisch (Teilprojektleiter Belzig, Wolfgang ; Burkard, Guido )
- C04 - Optimales Design und Kontrolle von Modellen, die durch stochastische Differentialgleichungen mit Gedächtnis beschrieben werden (Teilprojektleiter Ciaramella, Gabriele ; Denk, Robert ; Volkwein, Stefan )
- C05 - Getriebene kolloidale Teilchen in stark gekoppelten nicht-Markovschen Bädern (Teilprojektleiter Bechinger, Clemens ; Krüger, Matthias )
- C06 - Vibrationen in amorphen Festkörpern (Teilprojektleiter Fuchs, Matthias )
- C07 - Getriebene Partikel in Dispersionen harter Kolloide (Teilprojektleiter Fuchs, Matthias ; Zumbusch, Andreas )
- C08 - Stationäre Phasen und dynamische Aktivierung in parametrisch getriebenen stochastischen Resonatoren (Teilprojektleiter Zilberberg, Ph.D., Oded )
- C09 - Fluktuierende Kräfte und Defekte in Schichten aus aktiven Polymeren (Teilprojektleiter Karpitschka, Stefan )
- C10 - Einfluss von Rauschen auf die Dynamik nicht-Markovscher-Systeme (Teilprojektleiterin Blessing, Alexandra )
- MGK - Integrated Research Training Group FaN (Teilprojektleiterinnen Müller, Martina ; Weig, Eva M. )
- Z - Zentrale Aufgaben des Sonderforschungsbereichs (Teilprojektleiter Belzig, Wolfgang )
- Ö - Eine spielbasierte Reise durch die Spitzenforschung des SFBs (Teilprojektleiterin Kiliani, Gillian Alexandra )
Abgeschlossene Projekte
- A02 - Ladungsfluktuationen in supraleitenden Einzel-Elektronen-Transistoren (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Belzig, Wolfgang ; Scheer, Elke )
- C03 - Stark nichtlineare mehrdimensionale Resonatoren (Teilprojektleiterin Scheer, Elke )
Antragstellende Institution
Universität Konstanz
Beteiligte Hochschule
Georg-August-Universität Göttingen; Technische Universität München (TUM)
Sprecher
Professor Dr. Wolfgang Belzig