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Die Forschung in unserer Gruppe befasst sich mit aktuellen Themen der  Theorie 
von Quantenmaterialien, insbesondere mit topologischen Aspekten und Anwendungen in der Quanteninformationsverarbeitung. Unsere Arbeiten sind in folgende Forschungsnetzwerke eingebunden:

DFG Sonderforschungsbereich CRC Transregio 183
"Entangled States of Matter"
(mit Univ. zu Köln, FU Berlin, Niels Bohr Institute Copenhagen, Weizmann Institute)
http://crc183.uni-koeln.de/

DFG Exzellenzcluster
"Matter and Light for Quantum Computing (ML4Q)"
(mit Univ. Köln, RWTH Aachen, FZ Jülich, Univ. Bonn)
https://ml4q.de/

Beispiele:

Quantenspinflüssigkeiten

  • CRC TR183 Online Conference 2020, Talk "Electrical manipulations of Kitaev quantum spin liquids" [pdf]

Topologische Isolatoren und Supraleiter

Supraleitender Transport durch molekulare Quantenpunkte

  • Budapest Memorial Conference for A. Zawadowski 2019,
    Talk "Fermi liquid theory for superconducting Kondo problems" [pdf]
  • "Superconducting molecular quantum dots", Übersichtsvortrag, 2010 [pdf] 

Wechselwirkende eindimensionale Systeme und Kohlenstoff-Nanotubes

Elektronische Eigenschaften in eindimensionalen Metallen können nicht im Rahmen der gewöhnlichen Fermi-Flüssigkeits-Theorie beschrieben werden, sondern werden mit Hilfe der Theorie der Luttinger-Flüssigkeit modelliert. Unser Interesse liegt auf der Beschreibung von Korrelationen in solchen Leitern, welche besonders für die Beschreibung von Transport-Phänomenen wichtig sind. Kürzlich wurde unsere Vorhersage des Luttinger-Flüssigkeits-Verhaltens in Kohlenstoff-Nanoröhren durch eine Reihe von Experimenten verifiziert. Die laufenden Arbeiten konzentrieren sich auf Spin-Transport, Rastertunnelmikroskopie, und Unordnungs-Effekte in Kohlenstoff-Nanoröhren. Die angewandten Methoden sind unter anderem Bosonisierung, Refermionisierung, konforme Feldtheorie auf Oberflächen und Quanten-Monte-Carlo-Techniken. 

  • Colloquium Prof. Pereira, HHU 2019, "From quantum spin chains to chiral spin liquids" [pdf]

Siehe auch: 

  • Übersichtsvortrag zu Spin-orbit coupling in graphene and nanotubes, DPG-Tagung, 2009 [pdf]
  • "Transport in disordered interacting nanotubes", talk given at SCEN06, Pisa, June 2006 [pdf]
  • Vortrag zu Correlated Sequential Tunneling, Symposium on "Molecular Electronics", Kopenhagen 2005 [pdf]
  • Übersichtsvortrag zu Theory of electronic transport in Carbon nanotubes, Les Houches Summer School on "Nanoscopic Quantum Transport", 2004 [pdf]
  • Vortrag zu Supraleitung in Nanotubes, invited talk APS March Meeting, Montreal 2004 [pdf]

Orbitaler Ferromagnetismus in Rashba-Quantenpunkten

  • Talk bei NanoPeter, St. Petersburg, Juli 2014 [pdf]

Graphen

  • Mathematical physics conference, Hagen, 2019, Talk "Electric dipole problem and supercriticality in graphene" [pdf]
  • "Efimov universality and interaction-induced zero mode transport in graphene", Natal, August 2015 [pdf]
  • Talk on interaction effects in graphene, Antwerp workshop, May 2013 [pdf]
    Siehe auch:
  • "Physical properties of graphene", colloquium, 2011 [pdf]
  • "Spin-Bahn-Kopplungseffekte in Graphene" (Vortrag CSPIN11, Dresden, Oktober 2011) [pdf]
  • "Magnetic barriers in graphene", talk, 2007 [pdf]
     

Fluktuationsrelationen

  • "Transient fluctuation relations for particle transport", Vortrag, ESF-Konferenz Stockholm, Sept. 2010 [pdf]
     

Current-induced forces in mesoscopic systems

  • Talk Bad Honnef, WE Heraeus Seminar, October 2013 [pdf]
     

SPI und Quantentransport im Nichtgleichgewicht

Im Rahmen des Realzeitpfadintegral-Formulismus' haben wir eine numerische Methode zur exakten Lösung von quantenmechanischen Transportproblemen im Nichtgleichgewicht entwickelt. Das Schema beruht auf einer deterministischen iterativen Summation des Pfadintegrals (ISPI) für eine stromerzeugende Funktion in der Keldysh-Darstellung. Die Selbstenergien der Elektroden sind dabei zeitlich nicht-lokal und werden innerhalb einer endlichen Gedächtniszeit exakt berücksichtigt. Daher werden nicht-Markovsche Effekte vollständig erfasst. Numerisch exakte Resultate folgen aus einem Extrapolationsschema, welches den Trotter-Diskretisierungsfehler und den Fehler eines endlichen Gedächtnisses komplett eliminiert. Das Schema wurde anhand des Anderson-Störstellenmodells für einen Quantenpunkt entwickelt, läßt sich aber auch auf andere Fragestellungen übertragen. 

  • "Iterative real-time path integral approach to nonequilibrium quantum transport", Vortrag (2008) [pdf]


Quantentransport mit zeitabhängigen Spannungen

Siehe auch: 

  • "Interaction-induced harmonic frequency mixing in quantum dots", Moriond, 2008 
    Vortrag (pdf)


Theorie ultrakalter Atome

Wir untersuchen theoretische Aspekte im Zusammenhang mit dem Verhalten ultrakalter Atome in räumlich eingeschänkten Geometrien. Insbesondere sind Effekte der Wechselwirkung und/oder von Unordnung von Interesse in diesen spannenden Systemen, die im wesentlichen uneingeschränkt kontrolliert werden können. Neuere Arbeiten unserer Gruppe umfassen Untersuchungen zur Interferenz in 1D Bose-Systemen und die vollständige Lösung des Dreikörperproblems für binäre Fermi-Gase in einer auf 1D eingeschränkten Geometrie. Dies erlaubt, die Streuprozesse von Atomen und Dimeren zu charakterisieren, was ebenfalls bei der Theorie des Überganges Bose-Einstein-BCS relevant ist. Theoretische Methoden umfassen sowohl Feldtheorie als auch exakte Wenig-Teilchen-Rechnungen (Integralgleichungen, Streutheorie). Für Experimente in Bezug dazu, vgl. Gruppe von A. Görlitz. 
 

  • Vortrag zu quasi-1D Systemen ultrakalter Atome, WE-Heraeus-Seminar "Qubits and Macroscopic Quantum Coherence: From Superconducting Devices to Ultra-cold Gases", Bad Honnef 2006 [pdf]

Siehe auch: 

  • Vortrag zu Ungeordneten wechselwirkenden Systemen auf der Konferenz "Electrical and Mechanical Properties of Nanowires", Venedig 2004 [pdf]
     

Quanten Monte Carlo Simulation ohne Vorzeichenproblem

Quanten Monte Carlo (QMC) Simulationen stellen eine wichtige und breit einsetzbare numerische Methode der Physik dar. Wir beschäftigen uns insbesondere mit Pfadintegral-QMC Rechnungen, wobei die interessierenden Grössen durch eine stochastische Mittelung über die möglichen Systempfade berechnet werden. Hierbei tritt in vielen Fällen, z.B. für Fermionen oder dynamische Probleme, ein fundamentales Problem, das Vorzeichenproblem, auf. Wir haben Methoden entwickelt, welche dieses Problem stark abmildern, und es erlauben, stabile Simulationen durchzuführen. Erfolgreiche Anwendungen umfassen bisher z.B. die Realzeitdynamik des Spin-Boson-Problems, den Leitwert eines Quantendrahtes mit Störstelle, oder das Verhalten von Elektronen in einem stark korrelierten Quantenpunkt. 

Siehe auch: 

  • Vortrag zu Realzeit-QMC Simulation des Spin-Boson Systems, Bad Honnef 2004 [pdf]
     

Quantenpunkte in Halbleiter-Heterostrukturen

Die Techniken moderner Nanofabrikation erlauben die Untersuchung künstlicher Atome im 2D Elektronengas einer Halbleiter-Heterostruktur, in denen N Elektonen räumlich durch ein (typischerweise parabolisches) Einschlußpotenzial gebunden werden. Im Gegensatz zu konventionellen Atomen, liegt aufgund des flachen Einschlusses dabei starke Korrelation der Elektronen vor. Wir haben Gleichgewichtseigenschaften von Quantenpunkten und die Bildung des Wigner-Kristalls mit Hilfe einer neuen Pfad-Integral-Monte-Carlo Technik untersucht, welche auf dem Multi-Level-Blocking Zugang zum fermionischen Vorzeichen-Problem basiert. Diese Technik erlaubt das Vorzeichen-Problem weitgehend zu eliminieren und ermöglicht die Simulation von Quantenpunkten bei tiefen Temperaturen. 

Siehe auch: 

  • Vortrag auf dem SFB Kolloquium Freiburg 2003 [pdf]
Verantwortlichkeit: