Quantenkritische Korrelationen & Nichtlokalewechselwirkungen

Dass die Quantenmechanik das Verhalten kleinster Teilchen auf der mikroskopischen Ebene bestimmt, ist allgemein bekannt. Bemerkenswerterweise können reine Quanteneffekte aber auch auf makroskopischer Ebene die Physik dominieren. Zwei Beispiele aus dem Bereich der Festkörperphysik sind der Magnetismus und die Supraleitung beides Phänomene, die ohne die Quantenmechanik nicht erklärbar sind. Gleichzeitig sind sie von hoher Relevanz für technologische Anwendungen. Quanteneffekte sind auch im Zusammenhang mit Phasenübergängen von großer Relevanz, besonders, wenn diese am absoluten Nullpunkt der Temperatur in Form von Quantenphasenübergängen stattfinden. Diese Übergänge unterscheiden sich grundlegend von jenen, die wir aus dem Alltag kennen wie dem Schmelzen von Eis oder dem Verdampfen von Wasser durch Erhöhung der Temperatur. Quantenphasenübergange können nämlich nicht durch thermische Effekte ausgelöst werden, sondern entstehen aus rein quantenmechanischen Effekten, die faszinierende physikalische Verhaltensweisen hervorrufen. Experimentell sind sie bei sehr tiefen Temperaturen nachweisbar, im sogenannten quantenkritischen Regime. Aufbauend auf Ergebnissen der ersten Förderperiode der Forschungsgruppe QUAST zielt das vorliegende Projekt darauf ab, unser grundlegendes Verständnis der Mechanismen von Quantenphasenübergängen zu vertiefen, und zwar über experimentelle und theoretische Untersuchungen an verschiedenen Materialklassen. Dies erfordert die Weiterentwicklung modernster Techniken zur Untersuchung des herausfordernden Tieftemperaturregimes, in dem Quantenphasenübergänge besonders sichtbar werden. Zugleich werden wir theoretische und experimentelle Fortschritte in Zusammenarbeit mit dem gesamten QUAST-Forschungsnetzwerk verfolgen. Diese Fortschritte werden ermöglichen, das Zusammenspiel von starken elektronischen Wechselwirkungen, magnetischen Eigenschaften und Gittervibrationen, das viele der faszinierenden und noch unerklärten Phänomene der modernen Festkörperphysik zu Grunde liegt, besser zu verstehen.