Universitäten Frankfurt, Mainz und Kaiserslautern betreiben Grundlagenforschung an neuartigen Festkörpermaterialien
Der Senatsausschuss der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) hat die Fortsetzung des Transregio-Sonderforschungsbereichs 49 „Systeme Kondensierter Materie mit variablen Vielteilchenwechselwirkungen“ für weitere vier Jahre mit einem Fördervolumen von 8,5 Millionen Euro beschlossen. Ziel des Sonderforschungsbereichs ist das Verständnis komplexer Ordnungsphänomene in Festkörpermaterialien, deren Ursache in der Wechselwirkung einer großen Zahl von Quantenobjekten liegt. Die hier zu beobachtenden exotischen Materiezustände – wie ungewöhnliche Formen der Supraleitung oder neuartige magnetische und metallische Zustände – zeichnen sich dadurch aus, dass sie nicht einfach die Eigenschaften der einzelnen Quantenobjekte widerspiegeln. Vielmehr sind sie Folge komplexer und zum Teil noch völlig unverstandener Ordnungsmechanismen.
In dem stark interdisziplinär ausgerichteten Forschungsvorhaben mit Wissenschaftlern aus den Bereichen Festkörperphysik, Festkörperchemie, Materialwissenschaften und Quantenoptik sollen nun die grundlegenden Ordnungsprinzipien solcher stark wechselwirkender Vielteilchensysteme systematisch erforscht werden. Forschungsgegenstand ist dabei eine breite Palette von ausgewählten Materialien mit ganz unterschiedlichem Grad der Komplexität. Am unteren Rand der Komplexitätsskala kommen „künstliche Festkörper“ als sogenannte Quanten-Simulatoren zum Einsatz. So können beispielsweise stark unterkühlte Gasatome durch den Einfluss von Laser-Licht in eine regelmäßige, dem Festkörper ähnliche Anordnung gezwungen werden. Damit lassen sich gewisse Festkörpereigenschaften simulieren und unter gut kontrollierbaren Bedingungen im Detail studieren. Das Spektrum der zu untersuchenden Objekte reicht von diesen einfachen Modellsystemen bis hin zu komplexen realen Festkörpern, die die Chemiker und Materialwissenschaftler aus molekularen Bausteinen zusammenbauen können. Allen Materialien gemeinsam ist ein hohes Maß an Variabilität, wodurch den Forschern ein gezieltes Material-Design durch Veränderung chemischer oder physikalischer Systemparameter möglich ist. Über vergleichende Untersuchungen verwandter Phänomene an diesen unterschiedlichen Systemen soll das komplexe Wechselspiel verschiedener Einflüsse entflochten werden und es gilt, neue theoretische Konzepte zu entwerfen.
Ein wichtiger Bestandteil des Sonderforschungsbereichs ist die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses. Die jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler finden in diesem Verbund hervorragende Forschungsbedingungen in einem stimulierenden interdisziplinären Umfeld mit viel Freiraum für die Realisierung eigener Ideen. Neben der Einbindung in hochaktuelle, exzellente Forschung mit internationaler Vernetzung bietet der Sonderforschungsbereich ein integriertes Graduiertenkolleg als zweites Standbein seiner Graduiertenausbildung. Durch ein breites Lehrangebot mit fachspezifischen aber auch fachübergreifenden Elementen können die jungen Masterstudent(innen), Diplomand(innen) und Doktorand(innen) Wissen und Fertigkeiten erwerben, die ihnen bei ihren späteren beruflichen Tätigkeiten in vielfältiger Weise zugute kommen.
An dem Sonderforschungsbereich sind Frankfurter Physiker, Chemiker und Materialwissenschaftler, Forscher der Universität Mainz, des Mainzer Max-Planck-Instituts für Polymerforschung und der Technischen Universität Kaiserslautern beteiligt. Transregio-SFBs ermöglichen es Wissenschaftlern aus bis zu drei Standorten ihre Expertise zu bündeln. Mit einer Förderung von bis zu zwölf Jahren ermöglicht die DFG den beteiligten Hochschulen neue Schwerpunkte zu setzen.
Die Johannes Gutenberg-Universität Mainz ist am Transregio-Sonderforschungsbereich 49 mit den folgenden Projekten vertreten: Projekt A6 zu Mott-Übergängen und Magnetismus von ultrakalten Quantengasen mit inneren Freiheitsgraden auf optischen Gittern (Prof. Nils Blümer), A10 zu maßgeschneiderten Spin-Spin Wechselwirkungen in kalten Ionenkristallen (Prof. Ferdinand Schmidt-Kaler), B8 zu Photoemissionsspektroskopie und Ultrakurzzeitdynamik in organischen Ladungstransfersalzen (Prof. Gerhard Schönhense) und B12 zur Untersuchung elektronischer Korrelationseffekte in organischen Ladungstransfersalzen mit Rastertunnelspektroskopie (Prof. Hans-Joachim Elmers). Genauere Informationen zum SFB und den einzelnen Projekten finden sich auf http://www.tr49.de