Nichtgleichgewichtsdynamik korrelierter Quantensysteme

• Antragsteller: Dr. André Erpenbeck
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453644843

Korrelierte Vielteilchen-Quantensysteme sind von fundamentalem Interesse für die moderne Festkörperphysik. Insbesondere Experimente mit neuen Materialien und Quantenpunkten konnten eine Vielzahl interessanter Effekte nachweisen, die immer noch nicht umfassend erklärt sind und deren korrekte Beschreibung kontrovers diskutiert wird. Dies trifft insbesondere auf Phänomene zu, die im Zusammenhang mit zeitabhängigen Effekten und dem Einfluss von Nichtgleichgewichtsbedigungen stehen. Insgesamt erfordert ein Verständnis dieser Experimente und der zugrundeliegenden Physik eine konzeptionell neue theoretische Behandlung. Das Ziel dieses Projekts ist daher, eine theoretische Methode zu entwickeln, die eine aussagekräftige Beschreibung dieser Systeme ermöglicht. Mithilfe dieser Methode kann dann das außergewöhnliche Verhalten korrelierter Quantensysteme erklärt werden.Methodisch betrachtet wollen wir eine spezifische Quanten-Monte-Carlo-Methode mit einer erweiterten Form der dynamischen Molekularfeld-Theorie kombinieren. Quanten-Monte-Carlo-Methoden ermöglichen dabei die Beschreibung von Quantensystemen in Kontakt mit einer Umgebung, indem sie sämtliche Verhaltensmöglichkeiten des Quantensystems statistisch überlagern. Unter Verwendung einer etablierten Quanten-Monte-Carlo-Methode, die im Rahmen des Projekts für die spezifische Anwendung und die entsprechenden Zeitskalen erweitert wird, können wir zu einem vertieften mikroskopischen Verständnis der Nichtgleichgewichtsdynamik von Quantensystemen beitragen. Dabei werden wir auch auf Expertise aus dem Feld des Nichtgleichgewicht-Quantentransports zurückgreifen. Im Anschluss an die mikroskopische Betrachtung übertragen wir das so gewonnene Wissen mit Hilfe der dynamischen Molekularfeld-Theorie auf ausgedehnte Festkörper, welche oft im Rahmen von Gittermodellen beschrieben werden. Die dynamische Molekularfeld-Methode, welche im Rahmen des Projekts ebenfalls entsprechend erweitert wird, erlaubt die Lösung eines Gittermodells unter Verwendung der Methodik, welche bei der Beschreibung von Quantensystemen in Kontakt mit einer Umgebung zum Einsatz kommt. Dabei werden ein bzw. mehrere Gitterplätze als Quantensystem und der Rest als Umgebung betrachtet, welche daraufhin selbst-konsistent beschrieben werden. Insofern erlaubt dieses Herangehen einen direkten Rückschluss auf den mikroskopischen Einfluss von Korrelationen auf das Verhalten ausgedehnter Systeme. Insgesamt hat diese Methodik damit das Potential, viele fundamentale Fragen im Zusammenhang mit korrelierten Quantensystemen zu beantworten, nicht zuletzt da sie auf Systeme und Parameterbereiche angewendet werden kann, welche bisher mit keiner anderen Theorie zugänglich sind.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Emanuel Gull