Quantensysteme im Nichtgleichgewicht

Strukturelle Unordnung beeinflusst typischerweise die Dynamik von Nicht-Gleichgewichts-Quantensystemen und führt zu einer Vielzahl von einzigartigen Phänomenen, die bei extrem tiefen Temperaturen mit neuen Methoden untersucht werden. Der Schwerpunkt liegt auf der physikalischen Realisierung solcher Systeme in Form von amorphen Festkörpern, ungeordneten Kristallen und Spin-Gläsern. Grundlegende Fragen zum Zusammenspiel von Unordnung und Vielteilchenwechselwirkung, zur mikroskopischen Natur niedrig liegender Zustände, zu den Relaxations- und Dekohärenzkanälen, zur dissipativen Dynamik sowie zum Auftreten komplexer kollektiver Phänomene werden untersucht. Aktuelle Projekte konzentrieren sich auf den überraschenden Einfluss nuklearer Freiheitsgrade auf die Dynamik von atomaren Tunnelsystemen in strukturell ungeordneten Systemen wie Mehrkomponentengläsern und Polymeren. Insbesondere wird die nichtlineare Antwort und Phasenkohärenz solcher Systeme untersucht.

Phasenkohärenz und Energierelaxation von Tunnelsystemen

Phasenkohärenz und die Energierelaxation von Tunnelsystemen in isolierenden amorphen Festkörpern werden mit Hilfe von Polarisationechoexperimenten untersucht. Die Ergebnisse solcher Messungen erlauben insbesondere Rückschlüsse auf die Verteilungsfunktion der atomaren Tunnelsysteme und die Kopplung an thermische Phononen. Bei ultratiefen Temperaturen wird die Wechselwirkung zwischen Tunnelsystemen und daraus resultierende kollektive Tunnelprozesse studiert.

Metallische Gläser bei ultratiefen Temperaturen

Atomare Tunnelsysteme in metallischen Gläsern wechselwirken mit Phononen und Leitungselektronen, wobei sich letzere Wechselwirkung bei supraleitenden metallischen Gläsern mit Hilfe von Magnetfelder ein und ausschalten läßt. Auf diese Weise können die Renormalisierung der Zustandsdichte und Relaxationsprozesse aufgrund der Wechselwirkung mit Leitungselektronen gezielt untersucht werden.

Einfluß von Kernmomenten auf atomare Tunnelsysteme

Gläser zeigen bei ultratiefen Temperaturen eine überraschende Magnetfeldabhängigkeit ihrer dielektrischen Eigenschaften. Diese rührt von Tunnelsystemen mit Kernmomenten und kann genutzt werden um Information über die bislang weitgehend unbekannte mikroskopische Natur von atomaren Tunnelsystemen in amorphen Festkörpern zu gewinnen. Es werden Messungen des magnetischen Fingerabdrucks von Modellgläsern bei ultratiefen Temperaturen durchgeführt und mit numerischen Rechnung verglichen.

Rauschen als Meßgröße

Das thermische Rauschen limitiert einerseits die Präzision von Messungen, kann aber andererseits auch als interessantes Signal genutzt werden. Messungen des dielektrische Rauschen am Glasübergang erlauben besondere Einblicke in die Dynamik der Struktureinheiten amorpher Festkörper im Nichtgleichgewicht. Außerdem wird das thermisch getriebene Stromrauschen in metallischen Leitern zur Entwicklung von neuartigen Thermometern für ultratiefe Temperaturen genutzt.

 
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