Quantengeometrische nichtlineare opto-elektronische Effekte in topologischen flachen Bändern und Metallen mit realistischen Relaxationen

• Antragsteller: Professor Dr. Inti Sodemann Villadiego
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 555335098

Wenn sich Elektronen in Kristallen ohne Inversionszentrum bewegen, können sie als Reaktion auf rein oszillierende elektrische Felder einen gleichgerichteten kollektiven Strom aufweisen (eine Art Ratscheneffekt). Solche "Bulk-Photovoltaik"-Effekte können mit der Bandstrukturdispersion der Bloch-Zustände und ihrer Quantengeometrie vielfältig in Wechselwirkung stehen und auch für die Suche nach neuen optoelektronischen Technologien von Bedeutung sein. Die gängigsten Theorien zur Berechnung solcher Effekte in Materialien berücksichtigen jedoch oft nicht die mikroskopischen Relaxations- und Streuprozesse, wie die Elektron-Phonon-Streuung und Streuung von Elektronen an Verunreinigungen, sowie Photonen-Emissionsprozesse. Die Berücksichtigung dieser Effekte kann zu dramatisch unterschiedlichen Vorhersagen führen, z. B. für den "Shift-Current"-Effekt, insbesondere bei Systemen ohne Bandlücke und auch bei Systemen mit sehr flachen Bändern. Das Aufkommen einer Vielzahl von Systemen mit flachen Bändern mit einer reichhaltigen Quantengeometrie und Topologie, wie z. B. die Moiré-Systeme, erfordert daher die Entwicklung von Theorien für Bulk-Photovoltaik-Effekte, die solche Relaxationsmechanismen systematisch berücksichtigen. Genau dies sind die Hauptziele dieses Antrags: die Entwicklung von Theorien über Bulk-Photovoltaik-Effekte in Systemen ohne Bandlücke und bei niedrigen Frequenzen (Metalle und Halbmetalle) sowie in Systemen mit flachen Bändern, mit besonderem Schwerpunkt auf Twisted-Moiré-Dichalkogeniden, unter Berücksichtigung der realistischen Streuungs- und Relaxationseffekte in diesen Systemen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen