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FOR 1346: Dynamischer Molekularfeld-Zugang mit Vorhersagekraft für stark korrelierte elektronische Materialien

13.07.2010
Die neu von der DFG genehmigte ortsverteilte Forschergruppe umfasst 25 Experten aus 16 Forschungsinstituten im deutschsprachigen Teil Europas. / Ihr Koordinator und Sprecher ist der Augsburger Physiker Prof. Dr. Dieter Vollhardt.

Wie die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) heute mitteilt, hat sie auf ihrer Jahresversammlung in der vergangenen Woche einen vom Augsburger Physik-Theoretiker Prof. Dr. Dieter Vollhardt koordinierten Antrag auf eine ortsverteilte Forschergruppe zum Thema "Dynamical Mean-Field Approach with Predictive Power for Strongly Correlated Materials" in vollem Umfang bewilligt. "Wir - das sind 25 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an 16 Forschungsinstituten in Deutschland, Österreich und der Schweiz - freuen uns sehr über die Entscheidung der DFG, die hier grünes Licht für das weltweit erste koordinierte Forschungsvorhaben auf diesem aktuellen Gebiet der theoretischen Festkörperphysik gibt", sagt Vollhardt. Er betont, dass diese Forschergruppe, für die er - unterstützt von seinem Stellvertreter Prof. Dr. Alexander Lichtenstein (Universität Hamburg) - Sprecher ist, zusammen mit den assoziierten Kollaborationspartnern praktisch die gesamte internationale Community repräsentiert, die auf diesem Gebiet arbeitet.

In vielen chemischen Elementen und ihren Verbindungen wechselwirken die Elektronen stark. Bereits geringe Modifikationen äußerer Parameter, z.B. Änderungen der Temperatur, des Druckes, des Magnetfeldes oder der Dotierung, können innerhalb solch "stark korrelierter" Systeme zu gravierenden Veränderungen führen, wie etwa zu extremen Widerstandsänderungen beim Übergang vom Metall in den Isolatorzustand oder bei der Hochtemperatur-Supraleitfähigkeit.

Wechselwirkungen in höchst anwendungsrelevanten Materialien verstehen lernen

Diese ungewöhnlichen Eigenschaften stark korrelierter Materialien sind nicht nur ein Topp-Thema physikalischer Grundlagenforschung, auch für zukünftige technologische Anwendungen sind sie von größtem Interesse: Materialien mit korrelierten Elektronen spielen u. a. für den Bau von Sensoren und Schaltern oder für die Entwicklung neuartiger elektronischer Bauelemente mit neuen nützlichen Funktionalitäten eine große Rolle. Sie sind Gegenstand der intensiven, vom Bund und der DFG geförderten Forschungsarbeiten, die am Institut für Physik und insbesondere am Augsburger "Zentrum für Elektronische Korrelationen und Magnetismus" (EKM) sowie - in Nachfolge des Augsburger Sonderforschungsbereichs 484 - im jüngst eingerichteten Augsburg/München-SFB/Transregio 80 der DFG "From electronic correlations to functionality" seit über zehn Jahren maßgeblich vorangetrieben werden.

Auf der Basis der Dynamischen Molekularfeld-Theorie

Aufgrund der starken Wechselwirkung ihrer quantenmechanischen Teilchen sind elektronisch korrelierte Festkörper theoretisch besonders schwer zu erforschen. Bei den Bemühungen, diese extrem harte Nuss zu knacken, hat die Entwicklung der sogenannten "Dynamischen Molekularfeld-Theorie" (DMFT) zu einem methodischen Durchbruch geführt. Die Grundlagen der DMFT wurden vor zwanzig Jahren von Vollhardt, dem Augsburger Sprecher der neuen DFG-Forschergruppe, und seinem damaligen Doktoranden Walter Metzner - jetzt Direktor am MPI für Festkörperforschung in Stuttgart - gelegt. Vor allem hat die Verknüpfung der DMFT mit herkömmlichen Methoden zur Berechnung der elektronischen Eigenschaften von Festkörpern seit etwa zehn Jahren zu einem völlig neuartigen Verfahren für die realistische Modellierung korrelierter Materialien geführt.

Den erfolgreichen DMFT-Zugang synergetisch weiterentwickeln

Trotz seiner unbestreitbaren Erfolge bedarf dieser neue Zugang einer noch erheblichen Weiterentwicklung, wenn es künftig gelingen soll, auch hochkomplexe elektronisch korrelierte Systeme zu verstehen. Eben diese Weiterentwicklung der Dynamischen Molekularfeld-Theorie ist die Herausforderung, der sich die neue DFG-Forschergruppe stellt: "Wir wollen die Führung in der weltweiten Entwicklung dieses neuen Zugangs durch die koordinierte Kooperation aller einschlägig aktiven Forschergruppen im deutschsprachigen Teil Europas übernehmen", so Vollhardt. Dabei soll letztlich ein neuer Standard in der rechnergestützten Untersuchung korrelierter Festkörper erreicht werden, der es ermöglicht, die Eigenschaften komplexer korrelierter Materialien nicht nur zu berechnen, sondern sogar vorherzusagen.

Langfristige Visionen und ehrgeizige Ziele

Vollhardt rechnet damit, dass einige der ehrgeizigsten Ziele der neuen DFG-Forschergruppe "Dynamical Mean-Field Approach with Predictive Power for Strongly Correlated Materials" vielleicht erst in 10 bis 15 Jahren in erreicht werden können. "Wir haben", so Vollhardt, "in unserem DFG-Antrag eine entsprechend langfristige Vision mit dem ultimativen Ziel formuliert, einen umfassenden theoretischen Zugang zu schaffen, der letztlich sogar physikalische Prozesse erklären kann, wie sie bei Korrelationsphänomenen in organischer Materie auftreten." Die neue DFG-Forschergruppe mache sich nun auf die erste Etappe eines langen Weges.

Mit Höchstnoten bewertet

Lang war auch der Weg, der zur jetzt gefallenen DFG-Entscheidung zugunsten des neun Teilprojekte umfassenden DFG-Forschergruppen-Antrags führte. Die ersten Planungen gehen auf den Jahresbeginn 2008 zurück. Nach einem sehr positiv begutachteten Vorantrag wurden die an der projektierten Forschergruppe beteiligten Wissenschaftler Mitte 2009 aufgefordert, einen Vollantrag an die DFG zu stellen. Dieser Vollantrag wurde im Dezember 2009 eingereicht und Mitte April 2010 an der Universität Augsburg durch ein internationales Fachgremium - mit Wissenschaftlern aus den USA, Schweden, der Schweiz und Deutschland - begutachtet. Das Konzept und die angestrebten Ziele der ortsverteilten Forschergruppe wurden dabei mit Höchstnoten bewertet

2,4 Mio. Euro für die erste dreijährige Förderperiode

Die Forschergruppe ist für insgesamt sechs Jahre geplant. Die heute entschiedene DFG-Bewilligung mit einem Fördervolumen von 2,4 Mio. Euro bezieht sich zunächst auf die ersten drei Jahre (Juli 2009 - Juni 2012).

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Dieter Vollhardt
Lehrstuhl für Theoretische Physik III/EKM
Institut für Physik der Universität Augsburg
86135 Augsburg
Telefon +49(0)821-598-3700
dieter.vollhardt@physik.uni-augsburg.de

Klaus P. Prem | idw
Weitere Informationen:
http://www.physik.uni-augsburg.de/theo3/index.vollha.en.shtml

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