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Quantenmaterialien

Quantenmaterialien zeichnen sich durch kollektive Quanteneffekte aus, die zu außergewöhnlichen makroskopischen Eigenschaften führen – von stark korrelierten Elektronenzuständen bis hin zu exzitonischer Kondensation und topologischen Phasen.

Wir erforschen prototypische Quantenmaterialien, insbesondere zweidimensionale Übergangsmetall-Dichalcogenide, organische Halbleiter, 2D-Perowskite und ihre Heterostrukturen. Diese atomar dünnen Materialien werden in Marburg konzipiert, experimentell hergestellt, strukturell und spektroskopisch untersucht sowie theoretisch modelliert.

Ein Schwerpunkt liegt auf der Dynamik optisch angeregter Exzitonen - gebundener Elektronen-Loch-Paare - und ihrer Wechselwirkungen mit Phononen, anderen Exzitonen und der Umgebung. Wir untersuchen Interlayer-, Moiré- und Charge-Transfer-Exzitonen, Vielteilcheneffekte, sowie nichtlineare und ultraschnelle Prozesse auf Femtosekunden-Zeitskalen.

Numerische Simulationen und Elektronenmikroskopie leisten zentrale Beiträge zur Charakterisierung und zum Verständnis dieser Systeme. Unsere Forschung verbindet Festkörper- und Quantenoptik mit Materialwissenschaft, und trägt bei zum Design zukünftiger exzitonischer, optoelektronischer und quantentechnologischer Bauelemente.

Beteiligte Wissenschaftlerinnen und Wissenschafler mit Forschungsthemen

• Florian Gebhard, AG Vielteilchentheorie
  Modellrechnungen zu korrelierten Elektronensystemen
• Marina Gerhard, AG Halbleiterspektroskopie
  Zeitlich und räumlich aufgelöste Photolumineszenz-Spektroskopie
• Nadine Leisgang, AG Quantenoptoelektronik
  Herstellung, Charakterisierung und Manipulation von Quantenmaterialien
• Ermin Malic, AG Ultraschnelle Quantendynamik
  Mikroskopische Modellierung von Dynamik und Transport optischer Anregungen (Exzitonen) in Schichtstrukturen
• Marcel Reutzel, AG Ultraschnelle und kohärente Phänomene
  Exzitonendynamik in Moiré Strukturen und lichtinduzierte Phasenübergänge
• Kerstin Volz, AG Funktionsmaterialien
  Epitaktische Herstellung und strukutrelle Charakterisierung mittels Elektronenstrahl-Mikroskopie von Halbleiter-Schichtstrukturen
• Gregor Witte, AG Molekulare Festkörperphysik
  Präparation und Charakterisierung organischer Halbleiter auf Oberflächen
• Stefan Wippermann, AG Ab-initio Energiematerialien
  Ab-initio Dichte-Funktional-Theorie für Grenzflächen und Nanostrukturen

Verbundprojekte

• Wissenschaftliches Zentrum "Marburg Center for Quantum Materials and Sustainable Technologies" (mar.quest)
• Initiative zum Transregio-SFB mit der Universität Oldenburg (2D-Excitons)

Zugeordnete Studiengänge

• B. Sc. Physik
• M. Sc. Physik
• M. Sc. Allgemeine Physik
• geplant: Masterstudiengang "Physics of 2D Materials" (Joint Degree mit Universität Oldenburg)