Symposium zu den neuesten Entwicklungen in der Festkörpertheorie — Teil 2

Forschende aus aller Welt trafen sich am MPI, um die Forschungsrichtungen der theoretischen Festkörperphysik zu besprechen.

24. Juni – Das MPI FKF war Gastgeber des zweiten Teils des Symposiums „Frontiers of Solid State Theory“.
Die Veranstaltung brachte führende internationale Experten der theoretischen Festkörperphysik zusammen, um die neuesten Entwicklungen in der Festkörpertheorie und die damit verbundenen neuen Herausforderungen zu diskutieren.
Zu den Vortragenden gehörten Mathias Scheurer (Universität Stuttgart), Titus Neupert (Universität Zürich), Angelika Knothe (Universität Regensburg), Fabian Kugler (Universität Köln), Bingqing Cheng (University of California, Berkeley), Kevin Jablonka (FSU Jena), Johannes Margraf (Universität Bayreuth), Oriana Diessel (Harvard-Universität) und Chris Bartel (Universität Minnesota).

Neue Horizonte: Quantenmaterialien und Künstliche Intelligenz

Wohin entwickelt sich die Forschung? Wie sieht die Zukunft der Festkörpertheorie aus? 
Eines der interessantesten Themen für Forscher auf diesem Gebiet sind sicherlich Quantenmaterialien und ihre potenziellen Anwendungen in modernen Technologien.
Theoretische Physiker und Chemiker müssen sich auf zwei Hauptaspekte konzentrieren. Während sie grundlegende Phänomene wie unkonventionelle Supraleitung und fraktionale Quanten-Hall-Zustände untersuchen, müssen sie auch die praktischen Aspekte berücksichtigen. So müssen sie beispielsweise überlegen, wie diese Materialien manipuliert werden können, um das volle Potenzial dieser Quantenphänomene auszuschöpfen. 
Die Vortragenden dieses Symposiums tauschten ihre Erfahrungen aus und beleuchteten dieses Thema aus verschiedenen Blickwinkeln.

Mathias Scheurer (Universität Stuttgart) erläuterte, wie die Konstruktion von Schichtmaterialien durch das Übereinanderstapeln zweidimensionaler Schichten zu interessanten Aggregatzuständen führen kann, wie beispielsweise unkonventionelle Supraleitung und korrelierte Isolatoren. Er ging zudem auf die bedeutende Rolle der Topologie bei der Supraleitung in diesen Systemen ein.

Auch die Supraleitung steht im Mittelpunkt der Arbeit von Oriana Diessel (Harvard University), die sich dem Thema aus einem anderen Blickwinkel näherte. Ein wesentlicher Teil ihrer Forschung konzentriert sich auf die Nichtgleichgewichtsphysik. In der Nichtgleichgewichtsphysik werden diese Systeme durch äußere Einwirkungen wie elektrische Felder oder Laserimpulse manipuliert, um Phänomene wie die Supraleitung zu beobachten. Lässt sich die Temperatur, bei der Materialien supraleitend werden, steuern? Auch wenn dies derzeit noch unklar ist, zielt dieses Forschungsgebiet genau in diese Richtung.

Titus Neupert (von der Universität Zürich) hat den Fokus auf ein anderes Phänomen gelenkt: den fraktionalen Quanten-Hall-Effekt. Materialien, bei denen dieses Phänomen auftritt, sind aufgrund ihrer potenziellen Anwendungen in der Quanteninformatik von großem Interesse. In seinem Vortrag erörterte Neupert, wie das Schichten dieser Materialien zu stabilen Qubits führen könnte – ein Fortschritt bei der Lösung des Dekohärenzproblems, das den Fortschritt in der Quanteninformatik bislang behindert hat.

Auch die wissenschaftliche Gemeinschaft hat sich intensiv darum bemüht, die Lücke zu den gewonnenen experimentellen Daten zu schließen.
Fabian Kugler von der Universität zu Köln stellte seine Erkenntnisse zur Methodenentwicklung vor. Er erläuterte, wie die Parquet-Methode auf Basis finiter Differenzen unser Verständnis der Pseudogap-Phase im Hubbard-Modell verbessern könnte – eine seit langem bestehende Fragestellung in der theoretischen Physik.

Erhebliche Anstrengungen werden zudem darauf verwendet, unser Wissen über die Quantenwelt direkt auf die Konzeption und Entwicklung von Energietechnologien der nächsten Generation anzuwenden. In diesem Zusammenhang sprach Chris Bartel (University of Minnesota) über die Anionen-Redoxreaktion in Kathodenmaterialien aus Lithium-Übergangsmetall-Chalkogeniden und deren Bedeutung für die Herstellung von Lithiumbatterien mit höherer Speicherkapazität.

Während des Symposiums war der starke Einfluss des Zeitalters des maschinellen Lernens und der künstlichen Intelligenz auf die Strategien der Forscher unübersehbar. 
Bingqing Cheng (University of California, Berkeley) und Johannes Margraf (Universität Bayreuth) erörterten, wie Methoden des maschinellen Lernens zu einer selbstverständlichen Plattform für atomistische Simulationen geworden sind.

Auf der anderen Seite legte Kevin Jablonka (Friedrich-Schiller-Universität Jena) die Messlatte der Erwartungen noch ein wenig höher und erweiterte das Anwendungsspektrum dieser neuen, allgegenwärtigen Methoden über atomistische Simulationen hinaus. Er schlug vor, Sprachmodelle so zu trainieren, dass sie Informationen aus Datensätzen mit experimentellen Ergebnissen extrahieren können, und bot damit KI als Assistenten für die analytischen Denkprozesse bei der Interpretation dieser Ergebnisse an. Diese Perspektive wirft die Frage nach dem Verhältnis zwischen menschengesteuertem und KI-gesteuertem wissenschaftlichem Fortschritt auf.

Das Symposium bot eine wertvolle Gelegenheit, Einblicke in die neueste Forschung zu gewinnen und anregende Diskussionen zwischen den wissenschaftlichen Mitarbeitern des MPI und den geladenen Referenten zu fördern.
Wir danken allen Vortragenden für dieses fantastische Symposium und freuen uns auf die spannenden Entwicklungen in ihrer Forschung.