Wechselwirkungs- und Unordnungseffekte in Graphen

• Antragsteller: Professor Dr. Alexander Mirlin; Dr. Pavel Ostrovsky
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 172377288

Das Projekt widmet sich der theoretischen Untersuchung von Wechselwirkungs- und Unordnungseffekten in Graphen, sowohl nahe als auch fernab des Gleichgewichts. Im Fokus steht dabei die Untersuchung der Transporteigenschaften von Dirac-Fermionen unter dem Einfluss von Unordnung und Elektron-Elektron-Wechselwirkung (EEW). Das Projekt setzt die außerordentlich erfolgreiche Arbeit des ersten Finanzierungszeitraums fort, während dessen wir (a) eine effiziente Methode zur theoretischen Beschreibung des elektronischen Transports in ungeordneten Systemen entwickelt haben, welche wir auf starke Störstellen in Graphen angewandt haben; (b) einen neuartigen Mechanismus der Anderson-Lokalisierung für Systeme mit chiralen Symmetrien entdeckten, welcher gerade für Graphen mit Fehlstellen von Bedeutung ist; (c) EEW in Graphen innerhalb des Keldysh-Formalismuses studiert haben, wodurch die Relaxationsraten und der spezifische Widerstand im kollisionsdominierten Regime berechnet wurden; (d) die Theorie des Coulomb-Drag in Graphen entwickelt haben; (e) die Transporteigenschaften des freistehenden Graphens unter Berücksichtigung der EEW und Phononen ermittelt haben und (f) den Gleich- und Wechelstrom-Magnetotransport für ungeordnetes Graphen in Gegenwart der EEW bestimmt haben. Von 2010-2013 resultierte unsere Arbeit an dem Projekt in 10 Publikationen, 3 Vorabdrucken, 1 Doktor- und 2 Diplomarbeiten. Das Programm von 2013-2016 ist hauptsächlich durch aktuelle Experimente motiviert und erweitert die Arbeit des ersten Finanzierungszeitraums. Das Projekt ist in zwei sich gegenseitig ergänzende Arbeitsbereiche aufgeteilt: AB1: Wechelwirkungs- und Unordnungseffekte in Graphen im Gleichgewicht1.1 Fehlstellen und starke Störstellen: Zustandsdichte, Magnetotransport und Abschirmung1.2 Coulomb-Drag in Graphen1.3 Instabilitäten in ungeordnetem Graphen1.4 Magnetotransport für freistehendes Graphen.AB2: Nichtgleichgewichtsphysik in Graphen2.1 Heiße Elektronen: Relaxation und der Einfluss magnetischer Felder2.2 Hydrodynamische Beschreibung der Nichtgleichgewichts-Kinetik 2.3 Nichtgleichgewichts-Tunnel-Spektroskopie 2.4 Nichtgleichgewichts-Phänomene und Magnetotransport in Graphen-Nanostreifen.Die vorgeschlagenen Forschungsthemen setzen fortgeschrittene analytische und numerische Methoden voraus, wie etwa nichtlineare Sigma-Modelle, Renormierungsgruppentheorie, Streumatrizen-Formalismus, Keldysh-Formalismus, relativistische Hydrodynamik, Bosonisierung, Symmetrie- und Topologie-Analyse. Wir erwarten intensive Kooperationen innerhalb des SPP und mit den führenden experimentellen Gruppen weltweit. Der erfolgreiche Abschluss des Projekts wird unser Verständnis der Transport- und Nichtgleichgewichtseigenschaften von Graphen-Strukturen einen großen Schritt voranbringen und neue Experimente motivieren, insbesondere innerhalb des SPP. Die enge Zusammenarbeit zwischen Mitarbeitern des KIT und MPI wird dabei entscheidend sein, wie die Vergangenheit bereits gezeigt hat.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1459: Graphene
• Beteiligte Person: Privatdozent Dr. Igor Gornyi