Das Graduiertenkolleg

 

Überblick und zentrale Ideen

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Quantenmechanische Vielteilchen-Effekte führen zu wichtigen kollektiven Phänomenen in ausgedehnten Systemen kondensierter Materie, so zum Beispiel Supraleitung und Magnetismus, aber sie spielen auch eine wichtige Rolle in verschiedenen mesoskopischen und nanoskopischen Systemen. Quanten-Vielteilchen-Physik stellt ein faszinierendes Feld der Grundlagenforschung dar, mit Konzequenzen für die praktische Anwendung. In diesem Bereich steht die theoretische Physik drei Herausforderungen gegenüber: (a) ein tieferes Verständnis von Korrelationseffekten zu erlangen und (b) eine realistischere sowie (c) auch präzisere Beschreibung der emergenten Phänomene zu erlangen.

Dies sind die zentralen Themen, denen wir uns im Rahmen des Graduiertenkollegs widmen wollen mit dem letztendlichen Ziel, eine einschneidende Wirkung auf die Entwicklung von funktionellen Materialien und der Nanoelektronik auszuüben. Da der Fortschritt, den man nur durch eine einzige hochspezialisierte Quanten-Vielteilchen-Methode erreichen kann, begrenzt ist, wird unsere Forschung systematisch einander ergänzende Techniken kombinieren und die entstehenden Synergieeffekte nutzen. Ein Beispiel ist die kombinierte Nichtgleichgewichts-Quantentransport zu untersuchen. Ein zweites Beispiel ist die Anwendung von Methoden, die kürzlich in der Quanteninformation entwickelt wurden, auf Vielteilchenmodelle. Die Kombination verschiedener Techniken hat sich bereits für ausgewählte Probleme als wirkungsvoll erwiesen, wurde aber noch nicht in einem so breiten Rahmen betrieben, wie es für das Graduiertenkolleg angestrebt wird.

Moderne Quanten-Vielteilchen-Methoden, sowohl analytische als auch numerische, sind technisch anspruchsvoll und junge Forschende lernen üblicherweise nur eine Methode in ihrer Master- oder Doktorarbeit anzuwenden. Stattdessen ist es das Ziel des Graduiertenkollegs, dass jeder Absolvent und jede Absolventin Forschungserfahrung aus erster Hand in der Entwicklung und/oder Anwendung von mindestens zwei Techniken haben werden. Die Gegend um Aachen und Jülich mit vielen Professuren und Junior-Forschungsgruppen im Bereich der Quanten-Vielteilchen-Methoden stellt eine ideale Umgebung dar, um ein Graduiertenkolleg mit diesem anspruchsvollen Ziel aufzubauen. Die Expertise der teilnehmenden Forscher und Forscherinnen deckt anwendungsorientierte ab-initio-Methoden, numerische Vielteilchen-Ansätze, Nichtgleichgewichts-Techniken, Renormalisierungsgruppen-Methoden und Quanten-Informations-basierte Ansätze ab.