Institut für Theoretische Physik IV

Lehrstuhl für Theoretische Festkörperphysik


Forschungsprojekte

          Topologische Isolatoren und Supraleiter           
  • Dresden MPI Konferenz "One dimensional Transport", Vortrag zu "Majorana Surface Code" [pdf]

  • "Introduction to Topological Kondo effect in Majorana devices"
       Lecture notes at summer school in Natal/Brazil, August 2015  [pdf]
  • Talk "Majorana fermions" at workshop "Topology and Nonequilibrium", MPI Dresden, September 2013 [pdf]

  • Vortrag zu "Elektronischer Transport in topologischen Isolatoren" (Triest, November 2011)
    Vortrag (pdf)

  •         

              Orbitaler Ferromagnetismus in Rashba-Quantenpunkten
  • Talk bei NanoPeter, St. Petersburg, Juli 2014 [pdf]


  •          
    Graphen         
  • "Efimov universality and interaction-induced zero mode transport in graphene", Natal, August 2015
    Vortrag (pdf)


  • Talk on interaction effects in graphene, Antwerp workshop, May 2013 [pdf]

    Siehe auch:

  • "Physical properties of graphene", colloquium, 2011
    Vortrag (pdf)

  • "Spin-Bahn-Kopplungseffekte in Graphene" (Vortrag CSPIN11, Dresden, Oktober 2011)
    Vortrag (pdf)

  • "Magnetic barriers in graphene", talk, 2007
    Vortrag (pdf)


  •           Fluktuationsrelationen

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

              Current-induced forces in mesoscopic systems
  • Talk Bad Honnef, WE Heraeus Seminar, October 2013 [pdf]


  •          Supraleitender Transport durch molekulare Quantenpunkte
  • "Superconducting molecular quantum dots", Übersichtsvortrag, 2010
    Vortrag (pdf) 

  • ISPI und Quantentransport im Nichtgleichtgewicht

    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)
    Vortrag (pdf)





    Quantentransport mit zeitabhängigen Spannungen
  • Siehe auch:

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

    Siehe auch:

  • Übersichtsvortrag zu Spin-orbit coupling in graphene and nanotubes, DPG-Tagung, 2009
    Vortrag (pdf)

  • "Transport in disordered interacting nanotubes", talk given at SCEN06, Pisa, June 2006
    Vortrag (pdf)

  • Vortrag zu Correlated Sequential Tunneling, Symposium on "Molecular Electronics", Kopenhagen 2005
    Vortrag (pdf)

  • Übersichtsvortrag zu Theory of electronic transport in Carbon nanotubes, Les Houches Summer School on "Nanoscopic Quantum Transport", 2004
    Vortrag (pdf)

  • Vortrag zu Supraleitung in Nanotubes, invited talk APS March Meeting, Montreal 2004
    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
    Vortrag (pdf)

  • Siehe auch:
  • Vortrag zu Ungeordneten wechselwirkenden Systemen auf der Konferenz "Electrical and Mechanical Properties of Nanowires", Venedig 2004
    Vortrag (pdf)
     
  • Quanten Monte Carlo Simulationen 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
    Vortrag (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
    Vortrag (pdf)
  •  
    Spin-Boson Systeme

    Das Spin-Boson Modell beschreibt ein System zweier (oder weniger) Quantenzustände, welche an eine große quantenmechanisch dissipative Umgebung gekoppelt sind. Im Modell wird das diskrete Quantensystem gewöhnlich mittelt Pauli-Spinmatrizen beschrieben, während die Umgebung durch ein Esemble bosonischer Freiheitsgrade modelliert wird. Das Modell beschreibt daher ein sehr allgemeines physikalisches Problem, das sich in vielen verschiedenen Bereichen der Physik und Chemie stellt. Typische Anwendungen in der Festkörperphysik sind z.B. das Tunneln von Verunreinigungen in Festkörpern, das Kondo-Problem oder Tieftemperatur-Fluß-Übergange in Josephson-Junctions. Ein weiteres herausragendes Beispiel sind Elektron-Transfer-Reaktionen in kondensierter Materie. In diesem Fall bilden der Elektronendonor und Elektronenakzeptor das Quantensystem - den "Spin" - während die polarisierbare Umgebung durch ein Bad harmonischer Oszillatoren modelliert werden, welche an das elektronische System koppeln. Diese Art von Reaktion wird in unserer Gruppe untersucht, wobei der Schwerpunkt auf der ersten Ladungsübertragung in einem photosynthetischen Zentrum und dem Elektronentransfer in wässrigen, gemischtvalenten Verbindungen liegt. Ohne eine dissipative Umgebung wird das System durch die Interferenz zwischen Quantenzuständen beherrscht. In einem Elektronen-Transfer-System würde dies zu resonantem Tunneln zwischen den lokalisierten zuständen führen. Die Existenz solcher Interferenzeffekte wird "elektronische Kohärenz" genannt. In der Gegenwart einer dissipativen Ungebung geht man davon aus, dass diese Kohärenz zerstört wird und der Transfer inkohärent erfolgt. Wir sind dieser Frage kürzlich nachgegangen uns kamen zu dem Schluß, daß die Kohärenz des Transfers in kritischer Weise von den Anfangzuständen des Systems und der Umgebung abhängt. Für eine gewisse Klasse von Nichtgleichgewichts-Anfangzuständen sagten unsere numerisch exakten Quantum-Monte-Carlo Rechnungen selbst in stark polaren Umgebungen, wie Wasser, elektronische Kohärenz voraus.

     
    Elastische Defekte in kristallinen und plastischen Materialien

    Die Streuung von Elektronen an einer Schraubenversetzung zeigen einen Aharonov-Bohm-Effekt, der durch die defekt-induzierte Wendeltreppen-Topologie des Wirtskristalls verursacht wird. Eine unserer gegenwaertigen Aktivitaeten betrifft die Frage nach einem aehnlichen Verhalten bei der Streuung von Schallwellen an einer Schraubenversetzung. Ein anderes Projekt ist die Untersuchung der heterogener Keimbildung einer neuen Phase an linearen und planaren elastischen Defekten. Bei der getriebenen Bewegung solcher Defekte haben wir benetzungs-artige Phasenuebergaenge der mitbewegten Keime beobachtet. Darueberhinaus fuehren solche Keime zu kinetischen Rauhigkeits- und spinodal-artigen Instabilitaeten. Gegenwaertig beschaeftigt uns die Frage, ob solche Instabilitaeten auch an der Oberflaeche eines wachsenden Kristalls auftreten.