Topologie in relativistischen Halbmetallen (TOPREL)

• Antragsteller: Dr. Tobias Meng
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452557895

Dieses Projekt befasst sich mit den elektronischen Eigenschaften von relativistischen topologischen Materialien. Ein wichtiges Ziel ist es, bessere Beschreibungen für Transport in topologischen Halbmetallen zu finden. Ein weiterer zentraler Bestandteil des Projekts ist es, Verbindungen zwischen Dirac Materialien und der Relativitätstheorie zu finden, insbesondere in Hinblick auf neue Interpretation von Transport in inhomogenen Halbmetallen in der Sprache von schwarzen Löchern und gekrümmten Raumzeiten. Weiterhin wird dieses Projekt topologische Phasen in Halbmetallen vorhersagen, die durch Dissipation entstehen. Hierzu werden wir die existierende Beschreibunge basierend auf nicht-hermitischen Hamiltonians verbessern und neue neue theoretische Zugänge zum Problem finden.Ein erstes Arbeitspaket befasst sich mit Transport in inhomogenen topologischen Halbmetallen, spezifisch mit gekippten Weyl Punkten. Mittels einer Abbildung des Problems auf gekrümmte Raumzeiten, und durch die Herleitung einer passenden semiklassischen Transporttheorie mit Realraum-Berrykrümmungen werden wir einen neuen theoretischen Zugang zu inhomogenen Weyl Materialien finden. Dies soll die Voraussetzungen schaffen, um Weyl Materialien in Sensoren, als Elektronenlinsen oder als Bauelemente in topolektrischen Schaltkreisen nutzen zu können.Ein zweites Arbeitspaket befasst sich mit thermoelektrischem und thermischem Transport in Dirac und Weyl Halbmetallen, und zielt darauf ab, die Boltzmann-Transportgleichungen möglichst exakt zu lösen. Dabei werden wir insbesondere den Effekt von realistischen Modellen, z.B. für WTe2 oder ZrSiSe, und von langreichweitigen Wechselwirkungen berücksichtigen. Zu diesem Zweck werden wir auch Dichtefunktionaltheorie (DFT) im Projekt durchführen.Ein drittes Arbeitspaket betrachtet Dissipation in topologischen Halbmetallen, z.B. auf Grund von Unordnung, Elektron-Elektron-Wechselwirkungen oder Phononen. Wir werden Ergebnisse, die mit aktuell viel verwendeten Formalismus von nicht-hermitischen Hamiltonians berechnet wurden mit alternativen und genaueren Zugängen analysieren. Ein Ziel dabei ist es, ein realistischeres Bild von experimentell relevanten topologischen Halbmetallen zu finden. Ein weiteres Ziel ist es, neue topologische Phasen in offenen Quantensystemen zu finden, und deren experimentelle Signaturen zu bestimmen.Ein viertes Arbeitspakt befasst sich mit elektronischem Transport in topologischen Halbmetallen im Regime starker Elektron-Elektron-Wechselwirkungen. In diesem Regime können sich die Elektronen hydrodynamisch verhalten. Wir wollen untersuchen wie topologisch nicht-triviale Bandstrukturen und starke Wechselwirkungen den Transport im hydrodynamischen Regime beeinflusst, z.B. mittels Berrykrümmungs-Termen in der hydrodynamischen Theorie.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Luxemburg
• Kooperationspartner: Dr. Eddwi Hesky Hasdeo; Professor Dr. Thomas L. Schmidt