Korrelierter Magnetismus: Von Frustration zu Topologie

„Ordnung“ und „Unordnung“ sind grundlegende Konzepte für große Teile der modernen Physik, insbesondere der Festkörperphysik. Es ist daher bemerkenswert, dass sich unser Verständnis dieser Konzepte in jüngster Vergangenheit deutlich erweitert hat: Es ist gezeigt worden, dass frustrierte Magnete eine breite Palette neuartiger und exotischer Phasen realisieren; Familien von Band- und Mott-Isolatoren wurden durch als „topologisch“ bezeichnete Partner ergänzt; und Verbindungen zwischen Korrelationsphysik und topologischer Physik haben sich durch das Auftreten des fraktionellen Quanten-Hall-Effekts in gekoppelten Systemen aus beweglichen Teilchen und frustrierten Spins ergeben.

Monopole in Spin-Eis

Hauptziele des SFB 1143 sind die Entdeckung und Untersuchung neuer Materiezustände in magnetischen Materialien mit Frustration. Durch geeignete Kombination von Synthese, Experiment und Theorie wollen wir die thermodynamischen und Transport-Eigenschaften sowie die Dynamik der Elementaranregungen dieser Materialien grundlegend verstehen und ihre Beziehung zu Topologie beleuchten. Geometrisch frustrierte Gitter und starke Spin-Bahn-Kopplung sind zentrale Säulen unserer Strategie.

Bei der Untersuchung der Eigenschaften vielversprechender Materialien werden wir verschiedene Ansätze kombinieren. Erstens werden wir Phasendiagramme und thermodynamische Eigenschaften als Funktion externer Parameter wie Temperatur, Druck und Magnetfeld untersuchen. Das Aufspüren interessanter Phasen erfordert hier auch die Entwicklung neuer Konzepte zur Diagnostik. Zweitens interessieren uns ungewöhnliche Elementaranregungen, insbesondere deren Antwort auf äußere Felder, deren Beiträge zu Transport- und Nichtgleichgewichtseigenschaften und deren Kopplung an zusätzliche Freiheitsgrade. Drittens ergeben neue Phasen auch neue Defekt-Physik. So können Defekte einerseits als lokale Sonden für topologische Zustände benutzt werden und andererseits direkt messbare magnetische Texturen erzeugen. Viertens geht es um die Rolle von Topologie für Transportphänomene, die wir, basierend auf unseren Erfahrungen mit niedrigdimensionalen Systemen, studieren werden. Fünftens werden wir die Dynamik von Ladungsträgern in metallischen frustrierten Systemen, einem bisher wenig bearbeiteten Forschungsfeld, untersuchen.

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Letzte Änderung: 22.06.2016