Forschung
Das Exzellenzcluster ctd.qmat – Complexity, Topology and Dynamics in Quantum Matter (Komplexität, Topologie und Dynamik in Quantenmaterialien) bündelt die Forschungsstärke der Universitäten Würzburg und Dresden. Im Zusammenspiel von Physik, Chemie und Materialwissenschaften entsteht die Basis für fundamental neue Anwendungen von energieeffizienter Elektronik bis Quantensensorik.
Area A – Topologische Elektronen
Area A widmet sich neuartigen topologischen Phänomenen von Bandelektronen. Zentrale Ziele sind die Entwicklung neuartiger topologischer Materialien, die Erforschung topologischer Supraleitersysteme als Plattformen für emergente Quasiteilchen wie Majorana-Fermionen und Parafermionen sowie das Aufdecken wechselwirkungsgetriebener Effekte in stark korrelierten topologischen Systemen. Darüber hinaus untersucht Area A die besonderen Eigenschaften nicht-hermitescher topologischer Systeme und erforscht, wie die Quantendynamik topologischer Elektronen genutzt werden kann, um Materialien weit außerhalb des Gleichgewichts gezielt zu steuern.
Area B - Quantum Magnetism
Area B befasst sich mit Materialien und Modellen stark wechselwirkender Elektronen, insbesondere Systemen mit lokalen magnetischen Momenten und nichttrivialen magnetischen Phänomenen. Uns interessiert, wie diese Momente mit itineranten Ladungsträgern sowie mit Orbital- und Gitter-Freiheitsgraden dynamik wechselwirken. Zentrale Forschungsthemen sind topologische Magnete mit fraktionalisierten Anregungen und emergenten Eichfeldern, die Erforschung von Phasendiagrammen und Quantenkritikalität in Magneten mit konkurrierenden oder verflochtenen Ordnungen, neuartige dynamische Phänomene in Quantenmagneten, die Rolle itineranter Freiheitsgrade in exotischen magnetischen Zuständen sowie die Klassifizierung magnetischer Materialien mithilfe von Konzepten der topologischen Quantenchemie.
Area C - Synthetische Quantenmaterie
Area C erforscht synthetische Quantenmaterie in photonischen Systemen, in maßgeschneiderten Heterostrukturen, in topoelektrischen Schaltkreisen und verwandten Metamaterialien. Im Fokus stehen Dynamik, Nicht-Hermitizizät, Nichtlinearitäten und Nichtgleichgewichtsverhalten topologischer Materie, mit dem Ziel, photonische und quantenmaterial-basierte Plattformen zur Steuerung und Nutzung topologischer Phänomene zu entwickeln. Zentrale Themen sind photonische und polaritonische Gitter, verstärkte Verschränkung in hybriden photonisch-quantenmaterialbasierten Systemen, optische Steuerung topologischer Exzitonik sowie der Einsatz von Spin-Defekten zur Untersuchung dynamischer Prozesse in neuartigen Quantenmaterialien. Weitere Forschungsansätze umfassen dynamische Eichfelder, nicht-hermitesche Dynamik und Floquet-Topologie, die Phänomene und Anwendungen jenseits konventionelle Festkörper ermöglichen.
Area D - Topologische Funktionalität
Area D überführt topologische Phänomene in funktionale Materialien, Plattformen und Bauelement-Konzepte. Die Forschung umfasst das Design, die Nanofabrikation und die Erprobung von Quantenmaterialien und Nanostrukturen für zukünftige technologische Anwendungen. Zentrale Ziele sind die Nutzung topologisch geschützten Kantentransports für Spintronik und Metrologie, die Entwicklung von Sensoren auf Grundlage nicht-hermitescher Topologie, die Erschließung von Oberflächenzuständen für topologische Katalyse, die Weiterentwicklung topologischer Laser und nichtlinearer topologischer Photonik, der Aufbau von Plattformen auf Basis von Spin-Defekten für die Quantensensorik sowie die Entwicklung neuartiger Metall-Halogenid-Perowskite für magnetische und nanophotonische Anwendungen.
Aktuelle Publikationen
Forschungsdatenmanagement
Experimentelle Messergebnisse, theoretische Berechnungen, Bilder, Grafiken oder Laborprotokolle: Forschungsdaten sind ein wertvolles Gut. Das Exzellenzcluster ctd.qmat stellt mit einer offenen Dateninfrastruktur und modernen kollaborativen Werkzeugen sicher, dass sie langfristig auffindbar, nutzbar und in der Wissenschaftscommunity teilbar bleiben. Verwaltet werden die Datenmassen nach den FAIR-Prinzipien (findable, accessible, interoperable, reusable).