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Quantenmechanische Vielteilchensysteme


Quantenmechanik bestimmt unser Alltagsleben in weit größerem Ausmaß, als den meisten Menschen bewusst ist --- von den Farben der sichtbaren Gegenstände, über den Zusammenhalt von Materie in einem festen Körper bis hin zur elektrischen Leitfähigkeit eines Metalls. Die größte Herausforderung liegt in der Erforschung eines Kollektivs von Teilchen (Vielteilchensysteme), deren mikroskopische Eigenschaften durch die Quantenmechanik bestimmt sind. Die Beobachtung quantenmechanischer Effekte ist aber keineswegs auf mikroskopische Phänomene beschränkt. Quantenmechanik kann durch ein kooperatives Zusammenwirken mikroskopischer Freiheitsgrade auch direkt im makroskopischen Bereich "beobachtet" werden: die "Kohärenz" elektronischer Freiheitsgrade kann sich zum Beispiel in Supraleitung, Magnetismus oder einem Metall-Isolator-Übergang manifestieren.

Unser Forschungsschwerpunkt liegt bei niederdimensionalen, korrelierten elektronischen Systemen. Bei diesen Systemen spielt die Coulomb-Wechselwirkung zwischen den Elektronen des Festkörpers eine ganz wesentliche Rolle, einerseits für die Stabilisierung bestimmter Phasen, andererseits für den Charakter der elektronischen Anregungen. So werden bei vielen Übergangsmetalloxiden eine Reihe von Phasenübergängen beobachtet, die auf starke elektronische Korrelationen zurückzuführen sind, darunter Metall-Isolator-, Supraleitungs- und magnetische Übergänge. In einigen Materialien, wie den Perowskit-Schichtstrukturen, aber ebenso in den (dotierten) Spin-Leitern und Ketten, sind die Spin- und Ladungsanregungen dieser Phasen durch die reduzierte räumliche Dimensionalität wesentlich beeinflusst. Die starken Quantenfluktuationen dieser Freiheitsgrade, speziell auch an den niederdimensionalen Grenzflächen, sind bisher nur unzureichend verstanden worden. Sie führen jedoch zu einer immensen Reichhaltigkeit niederdimensionaler Physik und damit auch möglicher Anwendungen.

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