SPP 2244 - Teilprojekt: Korrelationen in van der Waals (Hetero)Strukturen: spektroskopische Signaturen von Quasiteilchen und kollektiven Anregungen

Grunddaten zu diesem Projekt

Beschreibung

Dieses Forschungsprojekt untersucht Korrelationseffekte in van-der-Waals-[Hetero]Strukturen. Im Fokus der eng verzahnten Kooperation zwischen Theorie und Experiment steht die Exploration der spektroskopischen Fingerabdrücke dieser Korrelationseffekte. Durch die Kombination von mikroskopischen „strong“ und „weak coupling“ Theorien mit der Spektroskopie von kollektiven Anregungen mittels resonanter inelastischer Lichtstreuung wollen wir die folgenden grundlegenden Fragen bearbeiten: (i) Wie bestimmt das Zusammenspiel von Elektron-Elektron- und Elektron-Phonon-Wechselwirkung emergente Phänomene und elektronische Ordnungen in van der Waals-Heterostrukturen? (ii) Wie robust sind Korrelationen in van-der-Waals-Heterostrukturen gegenüber (lokalen) Verspannungen, Unordnung und Inhomogenitäten? (iii) Was lässt sich mittels neuartiger (optischer) Spektroskopien spezifisch über Korrelationseffekte in van der Waals-Heterostrukturen lernen? Für die letzte Frage möchten wir neuartige experimentelle Techniken, z.B. basierend auf der Spektroskopie kollektiver Anregungen, identifizieren und anwenden, um Korrelationen in van der Waals [Hetero]strukturen genauer zu verstehen. Zur Beantwortung der Fragen i-iii werden wir verschiedene Systeme untersuchen, darunter TMDC-Heterostrukturen (wie MX2 mit M=Mo, W), die korrelierte isolierende Zustände und korrelierte Metalle aufweisen, Graphen-(Moiré-)Multischichten mit Moiré-induzierten supraleitenden Zuständen sowie "neuartige" Grenzflächen, die auf korrelierten Konstituenten wie Mott-Hubbard-Monolagen und magnetischen Monolagen basieren. Methodisch werden wir komplementäre theoretische Methoden einsetzen, insbesondere die dynamische Molekularfeldtheorie und komplementäre „weak coupling“-Methoden (RPA und funktionale Renormierungsgruppe). Diese Methoden zur Behandlung von Elektronenkorrelationen werden auf Modelle angewandt, die auf atomistischen Tight-Binding- und Kontinuumsbeschreibungen basieren. Zusätzlich werden bei Bedarf ab initio-Rechnungen der Elektron-Phonon-Kopplung durchgeführt. Zur experimentellen Untersuchung von Korrelationseffekten werden inelastische Lichtstreuung und optische Spektroskopie von kollektiven Moden und Phononen eingesetzt. Insgesamt, soll dieses Projekt ein vollständigeres Bild emergenter Phänomene in van-der-Waals-[Hetero-]Strukturen durch das Zusammenspiel von Theorie und Experiment ermöglichen.