P1: Nicht-thermische photoinduzierte Phasenübergänge in Mott-basierten Quantenmaterialien

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Eckstein
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531215165

Mott-Isolatoren sind Materialien, die laut Bandtheorie metallisch sein sollten, aber aufgrund starker Elektron-Elektron-Wechselwirkungen isolierend sind. Korrelierte Elektronensysteme in der Nähe des Mott-Übergangs zeigen eine starke Wechselwirkung zwischen Spin-, Orbital-, Ladungs- und Gitteranregungen, mit potenziellen technologischen Anwendungen für ultraschnelle Schaltelemente. Sie sind daher ideal geeignet für eine lichtinduzierte Kontrolle funktionaler Materialeigenschaften: (i) Stark korrelierte Systeme sind vielversprechende Kandidaten für die Suche nach sogenannten "hidden phases", also Phasen, die nicht über konventionelle thermodynamische Prozesse erreicht werden können. Mit Fokus auf das Mott-Material V2O3 wollen wir die nicht-thermische freie Energielandschaft aufdecken, um so optimale ultraschnelle Schaltvorgänge zwischen metallischen, isolierenden und magnetisch geordneten Zuständen zu identifizieren. Hierzu verwenden wir THz- und optische Pump-Probe-Spektroskopie und mikroskopische Modellierung, ergänzt durch Messung von zeit- und winkelaufgelöster Photoemissionsspektroskopie in anderen Projekten dieser Forschungsgruppe. (ii) Die Mott-Lücke verhindert ein unkontrolliertes Aufheizen des Materials unter Laserbestrahlung, sodass es mit Laserlicht einer Frequenz unterhalb der Bandlücke möglich sein sollte, die Spin- und Orbital-Physik bei niedrigeren Energien gezielt zu beeinflussen. Für eine Klasse von eindimensionalen Mott-Isolatoren werden wir das Zusammenspiel der von klassischem (oder quantenmechanischem) Licht getriebenen Dynamik von magnetischen und Gitter-Freiheitsgraden untersuchen, um so letztendlich nichttriviale Floquet-Zustände in einem Quantenmaterial zu realisieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5750: Optische Kontrolle der Quantenmaterie (OPTIMAL)
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Partnerorganisation: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Kooperationspartnerin: Dr. Elsa Abreu