In dem Format “5 Fragen an ConQuMat” berichten Projektmitglieder über Ihre Forschung, Ihre Ziele und Herausforderungen sowie Chancen für die Zukunft.
Heute: Prof. Dr. Philipp Gegenwart von der Universität Augsburg
Woran forschen Sie im Projekt ConQuMat?
Wir arbeiten im Projektbereich B an der Realisierung verschränkter Quantenzustände in magnetischen Materialien. Hierbei ist magnetische Frustration wichtig. Das bedeutet, dass nicht alle paarweisen magnetischen Kopplungen erfülllt werden können und daher die Spins (Elementarmagnete) nicht starr ausgerichtet sind, sondern fluktuieren, bzw. bei tiefen Temperaturen einen Quantenzustand bilden, der eine Überlagerung verschiedener Spinausrichtungen darstellt.
Was hat Sie dazu inspiriert, sich in diesem (spezifischen) Forschungsbereich zu engagieren?
Meine Arbeitsgruppe arbeitet seit langem an der Herstellung und Untersuchung korrelierter Quantenmaterialien. Dies ist ein aktuelles Forschungsgebiet und immer wieder kommen dabei neue Materialklassen in den Fokus, so die Kitaevmaterialen (Thema von B1) und die Dreiecksgitter-Magnete (aus B3). In B5 entwickeln wir Methoden zum Nachweis langreichweitig verschränkter Quantenzustände. Basierend auf der Grundlagenforschung im Transregio arbeiten wir auch an der Anwendung solcher Materialien für die magnetische Kühlung und haben hierzu Patente und Drittmittelforschungsfinanzierung zur Produktentwicklung. Ein Team am Lehrstuhl plant eine Unternehmensgründung.
Was ist das Ziel Ihrer Forschung?
Die Realisierung und Untersuchung neuer Quantenzustände in frustrierten Magneten. Über den Transregio hinaus auch die Anwendung solcher Materialien für neue Technologien.
Welche Herausforderungen begegnen Ihnen in Ihrer Forschung und wie gehen Sie damit um?
Eine große Herausforderung ist es, neue Materialien in sehr reiner Form und als möglichst große Einkristalle herzustellen. Weiterhin müssen Messmethoden entwickelt werden, um quantenmechanische Verschränkung in solchen Materialien nachweisen zu können. Dies erfordert zum Beispiel sehr tiefe Temperaturen und hochempfindliche Sensorik. Auch die theoretische Beschreibung ist sehr anspruchsvoll, da meist eine Vielzahl konkurrierender Wechselwirkungen vorliegt und daher das tatsächliche Verhalten komplizierter ist als dies idealisierter Modelle.
Wie könnte Ihre Forschung das Verständnis der Physik / der Welt / von Technologien / der Zukunft ändern?
Die Grundlagenforschung im Transregio dient einem besseren Verständnis von Quanteneffekten in magnetischen Materialien. Es gibt Vorhersagen, gewünschte Zustände, nach denen geforscht wird, für bessere Quantencomputer zu verwenden. In unserer geplanten Ausgründung geht es eher darum, mit frustrierten Magneten verbesserte und nachhaltige Kühlmethoden für sehr tiefe Temperaturen zu entwickeln. Das ist aber auch im Zusammenhang mit Quantum Computing relevant, denn hierfür werden solche extrem tiefen Temperaturen benötigt.
