Exzellenzcluster

Center of Excellence - Complexity and Topology in Quantum Matter (CT.QMAT)

Neue Materialien mit maßgeschneiderten Funktionalitäten bilden die Grundlage moderner Hochtechnologien, von der Informationsverarbeitung über die Energieversorgung bis zur Medizintechnik. Im zuständigen Wissenschaftsbereich, der Festkörperphysik, wurde im 21. Jahrhundert die revolutionäre Entdeckung gemacht, dass das mathematische Konzept der Topologie ein fundamentaler Schlüssel für das Verständnis quantenmechanischer Materiezustände ist. Diese Erkenntnis hat weltweite Forschungsaktivitäten ausgelöst und zur Entdeckung zahlreicher topologischer Materialien und Phänomene geführt, mit Schlüsselbeiträgen aus Würzburg (Quanten-Spin-Hall-Effekt) und Dresden (Vorhersage magnetischer Monopole in Spin-Eis). In diesem jungen Forschungsgebiet wurde das Exzellenzcluster "Komplexität und Topologie in Quantenmaterialien (ct.qmat)" zur umfassenden Untersuchung solcher Systeme und ihres Anwendungspotentials eingerichtet.

Forschende aus Physik, Chemie und Materialwissenschaften arbeiten gemeinsam daran, diese fundamental neuen Zustände von Quantenmaterie zu verstehen, zu steuern und anzuwenden. Die vielfältigen, sich ergänzenden Fachexpertisen und Forschungsstrukturen in Würzburg und Dresden bilden dabei die Basis für ein breites Forschungsprogramm - von der Materialsynthese über die experimentelle und theoretische Untersuchung topologischer Phänomene und ihrer funktionellen Kontrolle bis zum Entwurf und Test von Anwendungskonzepten. Hierfür ist der Cluster in vier Teilbereiche gegliedert, von denen sich drei mit der Rolle von Topologie und Komplexität in verschiedenen physikalischen Kontexten befassen, nämlich (A) beim Ladungstransport, (B) in magnetischen Systemen und (C) in der Licht-Materie-Wechselwirkung. Bereich (D) verfolgt das übergeordnete Ziel, aus den topologischen Phänomenen Funktionalitäten abzuleiten und deren Anwendungspotential zu untersuchen, z.B. für verlustfreie Elektronik oder für Quantencomputer. 

Orte: Würzburg, Dresden

Sprecher: Prof. Dr. Ralph Claessen (Physikalisches Institut)

Laufzeit: seit 2019

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