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Hidden metastable mesoscopic states in quantum materials

Projektbeschreibung

Hochmoderner Ansatz zur Erforschung von Quantenzuständen der Materie

Zustände von Materie außerhalb des Gleichgewichts sind in der Wissenschaft immer spannender, da sie für zahlreiche Bereiche der Physik von Bedeutung sind. Die Erforschung dieser Zustände ist jedoch schwierig, da bei den aktuellen Methoden über mehrere Übergangsergebnisse ein Mittelwert gebildet wird und die unregelmäßigen Strukturen im Nanomaßstab nicht abgebildet werden können. Daher entwickeln Forschende jetzt Werkzeuge wie Raster-Tunnelmikroskope mit zeitlicher Auflösung, mit denen diese komplexen Strukturen in unglaublichem Detail von Pikosekunden bis zu Stunden beobachtet und manipuliert werden können. Über das ERC-finanzierte Projekt HIMMS sollen neue Phänomene entdeckt und das Wissen zu Phasenübergängen und Quantenzuständen ausgeweitet werden, um möglicherweise bedeutende Fortschritte in der Quantentechnologie zu erzielen.

Ziel

Non-equilibrium states of matter have become of great fundamental and practical interest in recent years because of their wide importance in diverse areas of physics. With the rapid development of new time-resolved techniques, the temporal dynamics of competing processes and interactions were recently elucidated in a wide variety of complex condensed matter systems. However, the physics of metastable mesoscopically non-periodic quantum textures emerging from phase transitions has been largely experimentally inaccessible till now: current state of the art time-resolved methods using x-rays, electron diffraction, photoemission, THz and optical spectroscopy all average over multiple transition outcomes. Moreover, they cannot resolve irregular nonperiodic nanoscale structures. Thus, a large field of mesoscopic quantum physics of metastable quantum states remains largely unexplored. Here we propose to develop a unique set of tools to investigate mesoscopic metastable irregular textures created under controlled non-equilibrium conditions in quantum materials, with focus on topological transitions and quantum jamming phenomena. Temporally tempered excitation techniques combined with time-resolved scanning tunnelling microscopy will be used to studying single and multiple transition outcomes with atomic spatial resolution on timescales from picoseconds to hours. Experiments supplemented by new theoretical approaches will address the creation processes, relaxation dynamics and quantum decoherence of metastable mesoscopic structures, as well as manipulation and control. Theoretical approaches for addressing resulting quantum states include fracton-derived models and quantum annealing on a quantum computer. The project opens the path to detailed exploration of a new class of physical phenomena of wide fundamental interest in different areas of physics, while opening new avenues in non-equilibrium solid state quantum systems technology.

Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)

Schlüsselbegriffe

Programm/Programme

Thema/Themen

Finanzierungsplan

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Aufforderung zur Vorschlagseinreichung

(öffnet in neuem Fenster) ERC-2023-ADG

Alle im Rahmen dieser Aufforderung zur Einreichung von Vorschlägen finanzierten Projekte anzeigen

Gastgebende Einrichtung

INSTITUT JOZEF STEFAN
Netto-EU-Beitrag
€ 535 010,50
Adresse
Jamova 39
1000 Ljubljana
Slowenien
Region
Slovenija Zahodna Slovenija Osrednjeslovenska
Aktivitätstyp
Research Organisations
Links
Gesamtkosten
€ 535 010,50

Begünstigte (2)