Mikroskopische Beschreibung von Korrelationseffekten in verdrehten van der Waals [Hetero]Strukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Carsten Honerkamp; Professor Dr. Dante Marvin Kennes
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 443273985

Van-der-Waals Heterostrukturen und insbesondere die kürzlich entdeckten verdrehten Graphen-Systeme bergen das Potenzial, neue Materiezustände zu realisieren, welche durch Elektron-Elektron-Wechselwirkungen getrieben werden. Dieser Prämisse folgend ist das Vertiefen unseres Wissens über Korrelationsphysik in solchen Systemen, das Ziel dieses Forschungsprojekts, welches in Säule C des SPP angesiedelt ist. Wir streben einen zweigeteilten Ansatz an:Auf der einen Seite werden wir den vielseitigen Raum der Möglichkeiten von verdrehtenvan-der-Waals Heterostrukturen erkunden, vor allem jenseits des Paradigmas von zwei- odermehrlagigem Graphen. Bei diesem Teil der Arbeit werden wir uns auf eine qualitative Analyse der Korrelationseffekte in einem effektiven Niedrigenergie-Modells konzentrieren. Letzteres kann durch eine ab-initio Charakterisierung aufgestellt werden kann, welche als Startpunkt für das Hinzufügen der Elektron-Wechselwirkung dienen kann.Auf der anderen Seite werden wir unsere Betrachtungsart auf alle Atome in der großenMoiré-Brillouin Zone ausweiten, was uns erlaubt auch die höher energetischen Zustände zubeschreiben. Dadurch erhalten wir Zugang zur Beschreibung von Effekten die durch Energiebänder weiter weg vom Ferminiveaus herrühren. Dieser zweite Forschungsansatz, unterstützt durch ab-initio Einsichten anderer Gruppen dieses Schwerpunktprogramms, hilft uns quantitative Vorhersagen zutreffen, welche nicht durch große Korrelationsstärken erschwert werden, wie sie prototypisch in den effektiven Niederenergie-Modellen auftreten. Schlussendlich erlaubt uns dieser Ansatz ebenfalls, ein kontrolliertes Reduktionsschema auf quantitative Niedrigenergie-Modelle aufzustellen, welches Abschirmeffekte jenseits der Random-Phase-Approximation in Betracht zieht.Absehbare Ergebnisse unserer Studien beinhalten die Quantifizierung von Phasendiagrammen für existierende, sowie neue van-der-Waals Heterostrukturen, die Charakterisierung derrelevanten Energieskalen und experimentell relevanten Antwortsfunktionen des Grundzustandes, sowie Vorhersagen über die Kontrollmöglichkeiten und Materialeigenschaften von diesen Systemen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2244: 2D Materialien – die Physik von van der Waals [Hetero-]Strukturen (2DMP)