Physik: Neue Forschergruppe etabliert

03.08.2010

Für den technischen Fortschritt wird korrelierten Festkörpern eine tragende Rolle zugeschrieben. Wie lassen sich die Eigenschaften dieser Materialien am besten analysieren? Damit befasst sich eine neue Forschergruppe, an der Würzburger Physiker beteiligt sind.

Mit Computer-Modellierungen lassen sich die Eigenschaften elektronisch korrelierter Festkörper analysieren. Eine neue Forschergruppe, an der Physiker der Uni Würzburg beteiligt sind, will auf diesem Gebiet Fortschritte erzielen. Bild: Marcus Kollar

In vielen chemischen Elementen und ihren Verbindungen üben die Elektronen sehr starke Wechselwirkungen aufeinander aus. Physiker sprechen dann von elektronisch korrelierten Festkörpern. Schon geringe Einflüsse – etwa Temperatur, Druck oder Magnetfelder – können die Eigenschaften dieser Materialien deutlich verändern. So bewirken zum Beispiel sehr niedrige Temperaturen, dass manche Festkörper elektrischen Strom widerstandsfrei leiten.

Derartig ungewöhnliche Eigenschaften sind für die Grundlagenforschung und für neue technologische Anwendungen von Interesse. Korrelierte Materialien dürften zum Beispiel für die Entwicklung neuartiger Sensoren, Schalter und Bauelemente eine große Rolle spielen.

Korrelierte Festkörper per Computer modellierbar

Die Eigenschaften korrelierter Festkörper lassen sich mit Computer-Berechnungen analysieren. Einen methodischen Durchbruch haben Forscher auf diesem Gebiet mit der „Dynamischen Molekularfeld-Theorie“ (DMFT) erreicht. Vor allem deren Verknüpfung mit anderen Methoden zur Berechnung der elektronischen Eigenschaften von Festkörpern hat in den vergangenen zehn Jahren ein völlig neuartiges Verfahren erbracht, mit dem man korrelierte Materialien realistisch modellieren kann.

„Dieser neue Zugang muss aber weiterentwickelt werden, um auch die Eigenschaften komplexer elektronischer Systeme verstehen und vielleicht sogar vorhersagen zu können“, so die Würzburger Professoren Fakher Assaad und Ralph Claessen. Dieses Ziel verfolgt die neue Forschergruppe, der die beiden Würzburger Physiker angehören.

International vernetzte DFG-Forschergruppe

Weltweit handelt es sich um das erste koordinierte Forschungsvorhaben auf diesem aktuellen Gebiet der theoretischen Festkörperphysik. 25 Wissenschaftler an 16 Forschungsinstituten in Deutschland, Österreich und der Schweiz sind daran beteiligt. Hinzu kommen Kooperationspartner, mit denen zusammen die Gruppe fast die gesamte internationale Forschergemeinde umfasst, die auf diesem Gebiet arbeitet.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert die Gruppe in den kommenden drei Jahren mit 2,4 Millionen Euro. Ihr Sprecher ist Professor Dieter Vollhardt vom Institut für Physik der Universität Augsburg.