Detailseite
Projekt
Bildung des exzitonischen Isolatorzustands in Ta2NiSe5
Antragsteller
Dr. Satoshi Ejima
Fachliche Zuordnung
Theoretische Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung von 2020 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 433553211
Vor über einem halben Jahrhundert sagte die Theorie vorher, dass Elektronen und Löcher in der Nähe eines Halbmetall-Halbleiter-Übergangs gebundene Paare bilden, und bei niedrigen Temperaturen sogar einen makroskopisch kohärenten Quantenzustand formen können, den sogenannten exzitonischen Isolator (EI). Jedoch gibt es erst seit kurzem starke experimentelle Hinweise für eine solche Gleichgewichtskondensation in Festkörpern, und zwar hauptsächlich in Systemen mit reduzierter elektronischer Dimension. Das in dieser Hinsicht aussichtsreichste Material ist das quasi-eindimensionale (1D) Ta_2NiSe_5 (TNS), in dem das deutliche Abflachen der Valenzbandspitze, welches in winkelaufgelöster Photoemissionsspektroskopie bei Temperaturen unterhalb des strukturellen Übergangs (TT_c ein Halbleiter ist, wird von dem Modell daher nicht erfasst. Vor diesem Hintergrund ist das Hauptziel dieses Projekts, zunächst ein mikroskopisches Modell für TNS zu konstruieren, das sowohl die korrekte elektronische Struktur als auch, neben der Elektron-Elektron-Wechselwirkung, die Elektron-Phonon-Kopplung berücksichtigt, und dieses Modell dann mit numerischen Techniken wie der Dichtematrixrenormierungsgruppe (DMRG) und ihren Erweiterungen, die aufgrund des quasi-1D Charakters des Problems anwendbar sind, näherungsfrei zu untersuchen. Hierbei können durch Zeitentwicklungsrechnungen mit Matrixproduktzuständen auch dynamische Größen mit extrem hoher Genauigkeit berechnet werden, was einen direkten, sogar quantitativen Vergleich zwischen Experiment und Theorie ermöglicht. Eine entscheidende Größe für das Verständnis der Bildung und Kondensation von Exzitonen in diesem Material ist die optische Leitfähigkeit, die ein ungewöhnliches Maximum bei niedrigen Energien zeigt, das nicht durch übliche Dichtefunktionaltheorie-Rechnungen reproduziert werden kann. Wir sind überzeugt mit unserer DMRG-basierten Methode die Ursache dieses Maximums herausfinden zu können und so die sich teilweise widersprechenden theoretischen und experimentellen Ergebnisse zur Rolle von Elektron-Elektron- und Elektron-Phonon-Wechselwirkung zu analysieren. Insbesondere werden wir eine numerische Methode zur Beschreibung der sehr aktuellen Pump-Probe-Experimente an TNS entwickeln, mit dem Ziel zu beweisen oder zu widerlegen, dass TNS für T
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
Mitverantwortliche
Professor Dr. Holger Fehske; Professor Dr. Hidenori Takagi
