Dynamische Quanteneigenschaften von Phononen in Kristallen

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Michael Wörner
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 417259631

Ziel des vorliegenden Antrags ist eine kombinierte experimentelle und theoretische Studie der dynamischen Quanteneigenschaften von Phononen in Kristallen. Die gemeinsamen experimentellen Aktivitäten in Berlin (Michael Woerner) und theoretischen Analysen in Luxemburg (Alexandre Tkatchenko) zielen auf ein physikalisches Verständnis der mikroskopischen Mechanismen, die ultraschnellen Atombewegungen und Umverteilungsprozessen elektronischer Ladung zugrunde liegen und für die Quanteneigenschaften von Phononen eine entscheidende Rolle spielen. Experimente und Theorie fokussieren auf zeitabhängige Prozesse von Phononen. In einem Teil der Aktivitäten wollen wir die Dichtematrix von Multiphononmoden mittels Ramananregung höherer Ordnung kohärent manipulieren und voll phasenaufgelöst mittels Terhertzemission charakterisieren um "§nichtklassische" Zustände im Multiphononsystem zu studieren. Ein weiteres wissenschaftliches Ziel ist die detaillierte raumzeitliche Charakterisierung (atomare Orts- und Zeitauflösung) von soft-mode Phononen in Ferroelektrika und molekularen Kristallen. Im Gegensatz zu "konventionellen" optischen Phononen haben diese einen ausgeprägten Hybridcharakter aus Kernbewegungen und elektronischen Umladungsprozessen. Multidimensionale Terahertzspektroskopie und Femtosekunden-Röntgenbeugung sind die wesentlichen experimentellen Techniken dieses Projekts. Da der elektronische Beitrag zu elektrischen soft-mode Strömen um Größenordnungen den der Kernbewegungen übersteigt verliert die Born-Oppenheimer-Näherung ihre Gültigkeit bei soft modes, da die kinetische Energie der Phononen große elektronische Beiträge enthält. Der theoretische Teil dieses Antrag startet von einem etablierten Konzept, das auf Dichtfunktionaltheorie (DFT) mit van-der-Waals-Wechselwirkungen basiert. Dieses Konzept soll weiter erforscht und erweitert werden um auch Nicht-Born-Oppenheimer-Effekte bei Phononen in Kristallen zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Luxemburg
• Partnerorganisation: Fonds National de la Recherche
• Kooperationspartner: Professor Dr. Alexandre Tkatchenko