Symposium zu den neuesten Entwicklungen in der Festkörpertheorie
Wissenschaftler aus aller Welt trafen sich am MPI, um über die Forschungsrichtungen der theoretischen Festkörperphysik zu diskutieren
Am 28. und 29. April 2026 veranstaltete das Max-Planck-Institut für Festkörperforschung das Symposium „Frontiers of Solid State Theory“.
Diese Veranstaltung brachte eine internationale Gruppe von Forschern und Experten aus verschiedenen Bereichen der theoretischen Festkörperphysik zu zwei Tagen mit wissenschaftlichen Vorträgen und Diskussionen zusammen.
Zu den Vortragenden gehörten Frank Pollmann (TU München), Pietro Bonetti (MPI-FKF), Julia Link (TU Dresden), Agnes Valenti (Flatiron Institute), Bartomeu Monserrat (Universität Cambridge), Johannes Knolle (TU München), Miguel Marques (Universität Bochum), Jenny Coulter (Flatiron Institute) und Hanna Türk (EPFL).
Neue Horizonte: Quantenmaterialien und Methodenentwicklung
In welche Richtungen entwickelt sich die Forschung? Vor welchen zentralen Herausforderungen steht die Wissenschaft heute?
Eines der zentralen Themen war das rätselhafte Phänomen der Quantenverschränkung und – allgemeiner gesagt – das Verhalten stark verschränkter Elektronensysteme. Selbstverständlich beschäftigen sich mehrere unserer Referenten in ihrer Forschung aktiv mit genau diesem Problem.
Frank Pollmann sprach über die Möglichkeit, verschiedene Quantencomputerplattformen zur Simulation des Verhaltens von Quantenmaterialien einzusetzen. Quantenchips lassen sich so „programmieren“, dass sie verschränkte Zustände simulieren, wodurch wir Einblicke in die Eigenschaften dieser Systeme gewinnen können.
Ebenfalls im Bereich der Quantenphysik befasste sich Johannes Knolle mit Quanten-Spin-Flüssigkeiten – einem noch immer umstrittenen Aggregatzustand mit potenziell weitreichenden Anwendungsmöglichkeiten in der Quantentechnologie – und damit, wie diese exotischen Systeme uns helfen könnten, Materialien zu verstehen, die – was zunächst rätselhaft erscheint – sowohl isolierendes als auch leitendes Verhalten zeigen.
Eine seit langem offene Frage betrifft das berühmte Phasendiagramm der Kuprate und die sogenannte Pseudogap-Phase. Pietro Maria Bonetti stellte seine Arbeit vor und erörterte eine mögliche Erklärung für die Pseudogap-Phase, die wiederum auf stark verschränkten Elektronensystemen basiert. (Alle Wege führen nach Verschränkung.)
Die Bemühungen der theoretischen Physik richten sich zudem auf die Entwicklung neuer Methoden zur Berechnung der Materialeigenschaften unter realen Bedingungen, mit Anwendungsmöglichkeiten in den Bereichen Energiematerialien und Nachhaltigkeit. Hanna Türk sprach über ihre Arbeit zur Dynamik von Oberflächen und Grenzflächen, um das Verhalten von Materialien wie Lithiumtriphosphat für den Einsatz in Lithiumbatterien der nächsten Generation zu verstehen.
Darüber hinaus erläuterte Jenny Coulter, wie Wechselwirkungen zwischen Elektronen und Phononen (Gitterschwingungen) die Versuchsergebnisse beeinflussen können. In ihrem Vortrag wurde deutlich, wie das ständige Wechselspiel zwischen theoretischen Berechnungen und experimentellen Ergebnissen zu einem tieferen Verständnis der zugrunde liegenden physikalischen Mechanismen führt.
Es war zudem inspirierend zu sehen, wie die moderne theoretische Physik von Fortschritten in anderen Bereichen profitiert, insbesondere durch den Einsatz neuronaler Netze und maschinellen Lernens.
In ihrem Vortrag beschrieb Agnes Valenti, wie sie neuronale Netze einsetzt, um zweidimensionale Materialien besser zu verstehen, während Miguel Marques darüber sprach, wie Methoden des maschinellen Lernens genutzt werden können, um neue Quantenmaterialien zu entdecken.
Ein weiterer derzeit sehr aktiver Forschungsbereich ist die Topologie und Quantengeometrie. Marton Monserrat, ein Experte auf diesem Gebiet, stellte seine Arbeit zu topologischen Exzitonen vor. Exzitonen sind Bindungszustände von Elektronen und Löchern, die sich aufgrund ihrer nicht-trivialen Topologie anders verhalten als herkömmliche Exzitonen und möglicherweise experimentell nachgewiesen werden könnten.
Das Symposium bot eine hervorragende Gelegenheit, Einblicke in die neueste Forschung zu gewinnen und gleichzeitig anregende Diskussionen zwischen den wissenschaftlichen Mitarbeitern des MPI und den geladenen Referenten anzuregen.
Wir danken allen Referenten für dieses fantastische Symposium und freuen uns auf die spannenden Entwicklungen in ihrer Forschung.
