Ist Komplexität kompliziert?

Elektronische Quantenzustände in einem zwei-dimensionalen supramolekularen Kagomé-Netzwerk. Bild: TUM.PH/Pfleiderer Lab. Die kondensierte Materie besteht aus einer sehr großen Anzahl wechselwirkender Atome und Moleküle (typisch Hunderttausendmilliardenmilliarden). Obwohl man die Eigenschaften der einzelnen Atome und Moleküle extrem genau kennt, sind Systeme aus derartig vielen Teilchen viel zu komplex um viele ihrer kollektiven Erscheinungsformen, wie die Ausbildung bestimmter kristalliner oder flüssigkristalliner Phasen, oder etwa bestimmte metallische, isolierende, supraleitende oder magnetische Eigenschaften, ohne sie bereits zu kennen, vorhersagen zu können.

Ein Ziel der Forschung am Physik-Department ist es für die Beschreibung solch komplexer wechselwirkender Systeme wie der kondensierten Materie neue Konzepte und Methoden zu entwickeln. Damit verbindet sich insbesondere, bisher unbekannte Eigenschaften der kondensierten Materie zu entdecken. Trotz ihrer enormen Komplexität folgt die kondensierte Materie dabei überraschend einfachen Gesetzmäßigkeiten, die einerseits die Grundprinzipien und Struktur der bekannten Physik widerspiegeln und, andererseits, auf neue, bisher unbekannte Grundprinzipien der Physik hinweisen.

Spinkristall aus magnetischen Wirbelfäden. Bild: TUM.PH/Pfleiderer Lab. So bilden die Atome an der Oberfläche eines Kristalls spontan supra-molekulare Strukturen, die durch neue Symmetrieeigenschaften gekennzeichnet sind. In magnetischen Materialien wurde kürzlich eine neue Form der magnetischen Ordnung entdeckt, die aus einer Art Wirbelschläuche aufgebaut ist. Und bestimmte Materialien werden, erst aufgrund ihrer besonderen magnetischen Eigenschaften supraleitend.