LEBENSLAUF

Prof. Dr. Jan von Delft
Schmittgasser Kirchweg 1
D-53123 Bonn

Geboren in Bloemfontein, Südafrika, 25.10.1967, als ältester von 7 Kindern
Eltern: Prof. K. U. T. von Delft und E. R. von Delft, geb. Uys
Nationalität: deutsch und südafrikanisch
Verheiratet mit Dr. Nina von Delft, geb. Weisser, 27.3.1998
Geburt unserer Tochter Lea, 14.5.1999

AKADEMISCHE AUSBILDUNG

Schulabschluß	Grey-College, Bloemfontein, Südafrika, 1984
B.Sc.	Universität des Oranje Freistaats, Südafrika, 1985-1987 Physik und Mathematik (cum laude)
B.Sc. Honours	Universiteit Stellenbosch, Südafrika, 1988 Theoretische Physik (cum laude)
M.Sc.	Universiteit Stellenbosch, Südafrika, 1989-8.1990 Theoretische Kernphysik (cum laude) Dissertation: $\Delta$-Resonances in the Walecka Model and the High Spin Problem Betreuer: Prof. F. J. W. Hahne.
M.Sc., Ph.D.	Cornell University, USA, 8.1990-8.1995 Physik Dissertation: 2-channel Kondo Scaling in Metal Nanoconstrictions - a Conformal Field Theory Calculation of Scaling Function Betreuer: Prof. V. Ambegaokar.
Habilitation	Universität Karlsruhe, 19.7.2000 Habilitationsschrift: Spektroskopie diskreter Energieniveaus in ultrakleinen metallischen Teilchen

ANSTELLUNGEN

Wissenschaftlicher Assistent: 1.5.1995 bis 30.9.2000, C-1 Stelle ab 1.4.1998
Institut für Theoretische Festkörperphysik (Leitung Prof. G. Schön)
Universität Karlsruhe

Universitätsprofessor (C3): seit 1.10.2000
Physikalisches Institut der Universität Bonn
Nussallee 12
D-53115 Bonn

AKADEMISCHE AUSZEICHNUNGEN

Universität des Oranje Freistaats (1985-1987)
  Senatspreis für den besten ``undergraduate'' Studenten derUniversität, 1987.

Universiteit Stellenbosch (1988-1990)
Meiring Naud'e Medaille für den besten ``Honours''-Studenten in Physik, 1988.
John Todd-Morisson Forschungsmedaille für die besteMagisterdissertation in Physik, 1990.
Leistungsstipendium der Südafrikanischen Stiftung fürForschungsförderung, 1990.
Gencor S2A3-Medaille der Südafrikanischen Gesellschaft zurFörderung der Wissenschaft,
für die beste Magisterdissertation in Südafrika in Physik in 1990.

Cornell University (1990-1995)
Doktorandenstipendium der Südafrikanischen Stiftung fürForschungsförderung, 1991-1992.

Heinreich-Hertz-Preis der Badenwerkstiftung, gemeinsam mit G. Schön und H. Schoeller,
für ``Beiträge zur theoretischen Beschreibung und Modellierungder elektronischen
Eigenschaften metallischer Nanostrukturen'', 2000.

SCHRIFTENVERZEICHNIS (wichtigsten Arbeiten: 2,7,8,11,18,20,23,24)

1. The Walecka model and the Rarita-Schwinger Inconsistencies
   Jan von Delft und F. J. W. Hahne
   South African J. Phys. 14, 38-63 (1991).
   -- Dieser Artikel wurde mit dem SMM-Preis der Südafrikanischen Physikalischen Gesellschaft für den besten Beitrag in dieser Zeitschrift im Jahre 1991 ausgezeichnet.
2. Destructive Quantum Interference in Spin Tunneling Problems
   Jan von Delft und Christopher L. Henley
   Phys. Rev. Lett. 69, 3236-3239 (1992).
3. Spin tunneling in the Kagom'e antiferromagnet
   Jan von Delft und Christopher L. Henley
   Phys. Rev. B 48, 965-984 (1993).
4. 2-Channel Kondo Scaling in Conductance Signals from 2-Level Tunneling Systems
   D. C. Ralph, A. W. W. Ludwig, Jan von Delft und R.A. Buhrman
   Phys. Rev. Lett. 72, 1064-1067 (1994); 75, 771(C) (1995); 75, 2786(E), (1995).
5. Superconductivity and Parity Effect in Ultrasmall Metallic Particles
   A. D. Zaikin, D. Golubev, J. von Delft und W. Tichy
   Czech. J. Phys. 46, Suppl. S4, 2391-2392 (1996).
6. Parity-Affected Superconductivity in Ultrasmall Metallic Grains
   J. von Delft, A. D. Zaikin, D. S. Golubev und W. Tichy
   Phys. Rev. Lett. 77, 3189-3192 (1996).
7. Paramagnetic Breakdown of Superconductivity in Ultrasmall Metallic Grains
   Fabian Braun, Jan von Delft, D. C. Ralph und M. Tinkham
   Phys. Rev. Lett. 79, 921-924 (1997) [cond-mat/9704181].
8. The 2-channel Kondo Model I, Review of Experimental Evidence for its Realization in Metal Nanoconstrictions
   J. von Delft, D. C. Ralph, R. A. Buhrman, S. K. Upadhyay, R. N. Louie, A. W. W. Ludwig und V. Ambegaokar,
   Ann. Phys. 263, 1-55 (1998) [cond-mat/9702048].
9. Comment on ``Point-Contact Study of Fast and Slow Two-Level Fluctuators in Metallic Glasses''
   G. Zaránd, Jan von Delft und A. Zawadowski
   Phys. Rev. Lett. 80, 1353C (1998) [cond-mat/9801246].
10. Finite-Size Bosonization of 2-Channel Kondo Model: a Bridge between Numerical Renormalization Group and Conformal Field Theory
    J. von Delft, G. Zaránd und M. Fabrizio
    Phys. Rev. Lett. 81, 196-199 (1998) [cond-mat/9807078].
11. Bosonization for Beginners -- Refermionization for Experts
    J. von Delft und H. Schoeller
    Annalen der Physik (Leipzig), 4, 225-305 (1998) [cond-mat/9805275].
12. Canonical Superconductivity: The Crossover from the Bulk to the Few-Electron Limit
    Fabian Braun und Jan von Delft,
    Phys. Rev. Lett. 81, 4712-4715 (1998) [cond-mat/9810146].
13. The Kondo Box: Electron Transport through an Ultrasmall Metallic Grain with a Kondo Impurity
    Wolfgang Thimm, Johann Kroha und Jan von Delft
    Phys. Rev. Lett. 82, 2143-2147 (1999) [cond-mat/9809416].
14. Superconductivity in Ultrasmall Metallic Grains
    Fabian Braun und Jan von Delft
    Phys. Rev. B 59, 9527-9544 (1999) [cond-mat/9801170].
15. The 2-channel Kondo Model II, CFT Calculation of Non-Equilibrium Conductance through a Nanoconstriction containing 2-channel Kondo Impurities
    J. von Delft, A. W. W. Ludwig und V. Ambegaokar
    Ann. Phys. 273, 175-241 (1999) [cond-mat/9702049].
16. Fixed-$N$ Superconductivity: The Crossover from the Bulk to the Few-Electron Limit
    F. Braun und Jan von Delft
    Advances in Solid State Physics, (Ed. B. Kramer), S. 341, Vieweg, Braunschweig, Wiesbaden (1999) [cond-mat/9907402].
17. Dephasing in Metals by Two-Level Systems in the 2-Channel-Kondo Regime
    A. Zawadowski, Jan von Delft und D. C. Ralph
    Phys. Rev. Lett. 83, 2632-2636 (1999) [cond-mat/9902176].
18. Analytical Calculation of the Finite-Size Crossover Spectrum of the Anisotropic 2-Channel Kondo Model
    G. Zaránd und Jan von Delft
    Phys. Rev. B 61, 6918 (2000) [cond-mat/9812128].
19. Exact Study of the Effect of Level Statistics in Ultrasmall Superconducting Grains
    G. Sierra, J. Dukelsky, G. G. Dussel, Jan von Delft und Fabian Braun
    Phys. Rev. B 61, 11890-11893 (2000) [cond-mat/9909015].
20. Transmission Phase Shift of a Quantum Dot with Kondo Correlations
    Ulrich Gerland, Jan von Delft, Theo Costi und Yuval Oreg
    Phys. Rev. Lett. 84, 3710-3713 (2000) [cond-mat/9909401].
21. Superconductivity in Ultrasmall Grains: Introduction to Richardson's Exact Solution
    Jan von Delft and Fabian Braun
    Konferenzbeitrag zur NATO ASI ``Quantum Mesoscopic Phenomena and Mesoscopic Devices in Microelectronics'', Ankara/Antalya, Turkei, Juni 1999, Ed. I.O. Kulik und R. Ellialtioglu, Kluwer Ac. Publishers [cond-mat/9911058].
22. Asymmetric Tunable TMR in Single Electron Transistors
    Marc Pirmann, Jan von Delft und Gerd Schön
    Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 219, 104-108 (2000).
23. Spectroscopy of Discrete Energy Levels in Ultrasmall Metallic Grains
    J. von Delft und D. C. Ralph, eingeladener Übersichtsartikel, akzeptiert in Physics Reports.
24. Superconductivity in Ultrasmall Metallic Grains
    J. von Delft, (Übersichtsartikel), akzeptiert in Annalen der Physik.
25. Eingelader Kommentarartikel (``Perspective'') über
    Quantum Dots as Tunable Kondo Impurities
    Jan von Delft
    Science, 289, 2064 (2000).

    In Vorbereitung:

26. Electronic States in Ferromagnetic Nanoparticles
    Silvia Kleff, Mandar M. Deshmukh, Jan von Delft, S. Guéron, E. Bonet Orozco, und D. C. Ralph
    einzureichen bei Science.

27. The 2-channel Kondo Model III, Bosonic Reformulation of Conformal Field Theory Solution and Resolution of the Unitarity Paradox
    J. von Delft und A. W. W. Ludwig
    einzureichen bei Annals of Physics.
28. Simple Bosonization Solution of the 2-Channel Kondo Model: II. Analytical Calculation of Fermionic Correlation Functions
    J. von Delft und G. Zaránd
    einzureichen bei Phys. Rev. B.
29. The Kondo Box: Electron Transport through an Ultrasmall Metallic Grain with a Kondo Impurity
    Wolfgang Thimm, Jan von Delft und Johann Kroha
    einzureichen bei Phys. Rev. B.
30. Detailed Theory of the Transmission Phase Shift of a Quantum Dot with Kondo Correlations
    Jan von Delft, Ulrich Gerland, Theo Costi and Yuval Oreg
    einzureichen bei Phys. Rev. B.

DRITTMITTEL

1. DFG-Schwerpunktsprogramm, Halbleiter- und Metallcluster
   Spinabhängiger Transport durch magnetische metallische Nanocluster (mit G. Schön)
   Eine Doktorandenstelle, Förderungszeitraum: 2.1999 - 1.2001
2. DAAD-NSF (Projektbezogener Wissenschaftleraustausch mit der National
   Science Foundation)
   Electron Energy Levels in Magnetic Nanoparticles
   Partner: Prof. D. Ralph, Cornell University
   Förderungszeitraum: 1.1999-12.2000

FORSCHUNGSGEBIET:
STARKKORRELIERTE MESO- UND NANOSKOPISCHE SYSTEME

Mein Arbeitsgebiet ist die mesoskopische und nanoskopische Physik (Systemgrößen im $\mu$m- bis nm-Bereich), wobei ich mich insbesondere (aber nicht ausschließlich) für Systeme mit starken Elektronenkorrelationen interessiere.

Allgemeine Bemerkungen zum aktuellen Stand der Forschung

Die mesoskopische Physik hat im vergangenen Jahrzehnt einen enormen Aufschwung erlebt. Dieser war und ist in hohem Maße durch spektakuläre experimentelle Fortschritte bei der Herstellung und Charakterisierung immer kleinerer Systeme bedingt. Parallel zu und beflügelt durch die experimentellen Entwicklungen wurden ebenso bewerkenswerte theoretische Fortschritte erzielt, sodass viele der typischen Phänomene der ``ersten Generation'' von Experimenten, wie z.B. die Coulomb-Blockade, das Ein-Elektronen-Tunneln, die Andreev-Reflexion, der Aharonov-Bohm-Effekt, um nur einige zu nennen, inzwischen sehr gut verstanden sind. Insofern steht die mesoskopische Physik heute auf einem soliden experimentellen und theoretischen Fundament.

Ausgehend von diesem Fundament ensteht zur Zeit eine ``zweite Generation'' von experimentellen Arbeiten, die gegenüber der ersten ein höheres Maß an experimenteller Raffinesse aufweisen: kurz gesagt, werden einerseits immer komplexere, andererseits immer kleinere Strukturen fabriziert und untersucht.

In beiden Fällen eröffnen sich dadurch interessante neue theoretische Fragestellungen: Einerseits: je komplexer eine Struktur, um so wichtiger die Entwicklung zuverlässiger phänomenologischer Modelle zu ihrer Beschreibung. Andererseits: je kleiner das System, um so stärker die Korrelationen, sodass es zunehmend wichtig sein wird, ein theoretisches Verständnis dieser Korrelationen zu erarbeiten. Dafür werden die vielfältigen Methoden der Vielteilchentheorie nicht nur eingesetzt sondern auch problemspezifisch weiterentwickelt werden müssen.

Diese allgemeinen Bemerkungen seien hier durch einige typische Beispiele neuer experimenteller Entwicklungen illustriert, die nach meinem Geschmack das faszinierende Zukunftspotential der Nanophysik besonders deutlich zum Ausdruck bringen:

1. Nano statt Meso: typische Dimensionen sind heutzutage wenige nm anstatt ehemals einigen hundert nm. Beispiele: atomare Punktkontakte; Nanocluster (Durchmessern $<1$nm) als Bauteile von Ein-Elektronen-Transistoren; Kohlenstoffnanoröhrchen mit Durchmessern von wenigen nm. In gewissen Fällen können sogar einzelne Moleküle untersucht werden (mittels elektronischer Tunnelspektroskopie, oder optischer Einzelmolekülspektroskopie). In allen Fällen spielen Elektronenkorrelationen eine dominierende Rolle.

2. Nanostrukturierte Systeme: Indem einem großen System auf der Nanoskala eine Struktur aufgeprägt wird, können neuartige kollektive Effekte erzielt werden. Die Nanostrukturierung kann entweder mittels ``top-down'' Methoden (z.B. lithographischen), oder mittels ``bottom-up'' Methoden (z.B. via ``self-assembly'' zu selbstorganisierten Strukturen) erfolgen. Beispiele: Antidot-Gitter in einem 2-dimensionalen Elektronengas; photonische Kristalle; Polymerlaser aus nanostrukturierten Kunststofffolien.

3. Meso- und Nano-Strukturen als Messapparate: Unter Ausnutzung bekannter Phänomene der mesoskopischen Physik werden neue Messgeräte entwickelt. Beispiele: ein Aharonov-Bohm-Ring zur Messung der Transmissionsphasenverschiebung eines einzelnen Quantenpunktes; ein Ein-Elektronen-Transistor, eingebaut in den Kopf einer Rastersonde, zur Messung lokaler thermodynamischer Größen, wie die Kompressibilität einer Quanten-Hall-Probe. Mittels solcher Meso- und Nanomessapparaten können andere Systeme in bislang ungeahnten Einzelheiten untersucht werden, was meist neue theoretische Fragen aufwirft.

4. Einstimmbare (tunable) Vielteilchensysteme: Standardmodelle für starkkorrelierte Vielteilchensysteme werden ``artifiziell'' mittels gezielt präparierten mesoskopischen Systemen realisiert. Beispiele: ein Gitter von Josephson-Kontakten als Realisierung des XY-Modells; ein genügend kleiner Quantenpunkt als Realisierung des Anderson-Störstellenmodells (analog ist zu erwarten, daß das Hubbard-Modell mittels einem Quantenpunktgitter realisiert werden kann). Da die Parameter des mesoskopischen Systems sich dabei oft in einem viel größeren Bereich variieren lassen als bisher gewohnt, können Korrelationseffekte viel detaillierter und in grösseren Parameterbereichen als bisher experimentell untersucht werden, wodurch wiederum die Theorie gefordert ist (z.B. Nicht-Gleichgewichtseffekte und zeitabhängige Effekte im Anderson-Störstellenmodell).

5. Neuartige Materialien: Neuartige Materialien werden (oft in Zusammenarbeit mit Chemikern) entwickelt, mit ausserordentlichen neuen Eigenschaften, die inbesondere für mesoskopischen Anwendungen interessant sein dürften. Beispiele: halbmetallische Ferromagneten und ferromagnetische Halbleiter eröffnen neue Perspektiven für spinabhängigen Transport (Spintronik); neue organische Materialien mit extrem hohen Elektronmobilitäten zeigen Supraleitung und den Quanten-Hall Effekt, und eignen sich für Injektionslaser.

6. Nanomechanik: Mittels 3-dimensionaler Nanostrukturierung werden mechanische Nanoresonatoren realisiert. Denkbare Anwendungen wären z.B. miniaturisierte Schalter und mechanische Elektrometer. Die Erforschung solcher Strukturen steht erst in den Anfängen. Offene Fragen: Wann treten quantenmechanische Eigenschaften der Mechanik zu Tage? Was sind typische Dissipationsmechanismen?

Eigene Interessen

Meine eigenen bisherigen theoretischen Aktivitäten lassen sich stichpunktmäßig wie folgt charakterisieren (eine detaillierte Beschreibung erfolgt weiter unten):

Systeme, Effekte, Phänomene:

• Elektronentransport fern des Gleichgewichts durch metallische Nanokontakte mit 2-Kanal-Kondo-Störstellen (Promotionsarbeit)
• Tunnelspektroskopie metallischer Nanocluster (Habilitationsschrift):
  • Supraleitung/Paarkorrelationen in Al-Nanoclustern
  • Kondo-Effekt in einem Nanocluster mit magnetischer Störstelle
  • Ferromagnetismus in Co-Nanoclustern
• 1-Dimensionale Quantendrähte mit Luttinger-Flüssigkeitsverhalten
• Phasenkohärenter Transport durch einen Halbleiterquantenpunkt mit Kondo-Korrelationen
• Phasendekohärenz durch 2-Kanal-Kondo-Störstellen
• Spin-Paritätseffekte bei Spintunnelprozessen

Methoden:

• Entwicklung phänomenologischer Modelle, oft in Zusammenarbeit mit Experimentatoren
• Diverse Renormierungsgruppenstrategien
• Diagrammatische Störungstheorie (á la Matsubara oder Keldysh)
• Bosonisierung und Refermionisierung
• Konforme Feldtheorie
• Numerik, wo nötig (z.B. NCA-Näherung für das Kondo-Problem)

Aktuelle Forschungsinteressen:

• Phasendekohärenz in ungeordenten Systemen (insbesondere Einfluß von dynamischen Störstellen)
• Anderson-Störstellenmodell fern des Gleichgewichts und/oder mit zeitabhängigen Störungen
• 1-D Quantendrähte fern des Gleichgewichts
• Magnetotransporteigenschaften von Kohlenstoff-Nanoröhrchen
• Josephson-Effekt in zwei gekoppelten Nanoclustern mit Paarkorrelationen
• Formale Aspekte der Lösung des Kondo-Modells mittels konformer Feldtheorie
• Spinabhängiger Transport, Spintronik

Ich bin offen für Anregungen/Kollaborationen jeglicher Art, insbesondere über:

• Nanomechanik
• Kollektive Effekte in selbstorganisierten Strukturen aus Nanoclustern oder Quantenpunkten
• Optoelektronik

Zusammenfassung meiner bisherigen Arbeiten

Die folgenden Seiten enthalten eine etwas detaillierte Zusammenfassung meiner bisherigen Arbeiten. Viele davon bieten, wie zum Teil unten angedeutet, interessante Möglichkeiten für weitere Forschung. (Referenzen in eckigen Klammern [    ] beziehen sich auf mein Schriftenverzeichnis).

1. Stark korrelierte Elektronen in metallischen Nanokörnern

Seit einigen Jahren ist es möglich, das diskrete Energiespektrum eines einzelnen metallischen Nanokorns (Radius $\le 5$nm) direkt zu messen. Dazu wird die Technik der Ein-Elelektronen-Tunnelspektroskopie benutzt, die in den Pionierarbeiten von Dan Ralph und Kollegen zum Studium nanoskopischer Supraleiter entwickelt wurde.¹ Dieser experimentelle Durchbruch eröffnete ein neues Forschungsgebiet im Bereich der stark korrelierten Elektronen: Einerseits liefert das gemessene Spektrum neue und äußerst detaillierte Erkenntnisse über die Art der Korrelationen, andererseits kann der (manchmal störende) Einfluß des endlichen Niveauabstands auf die Korrelationen untersucht werden
.

Supraleitung:-- In enger Zusammenarbeit mit den Experimentatoren Dan Ralph und M. Tinkham, entwickelten meine Karlsruher Kollegen (W. Tichy, F. Braun und A. Zaikin) und ich eine Theorie der Supraleitung in Nanokörnern [5-7,12,14,16,19]. In [5,6] beschrieben wir einen neuen Paritätseffekt: Paarkorrelationen sind schwächer, wenn das Korn eine ungerade Anzahl von Leitungselektronen enthält, als eine gerade Anzahl. In [7,14] lieferten wir eine phänomenologische Erklärung der Meßdaten und zeigten, wie die großkanonische BCS Molekularfeldnäherung bei genügend kleiner Korngröße zusammenbricht. In [12,16] gelang uns die erste kanonische Beschreibung des gesamten Übergangs (bei abnehmender Korngröße) vom makroskopischen Fall zum Limes weniger Elektronen. Vor kurzem wurde uns bewußt, daß das von uns benutzte Modell vor vielen Jahren in der Kernphysik exakt gelöst worden war;² in [19] nutzen wir die exakte Lösung, um den Einfluß von Unordnung (in Form zufallsverteilter Energieniveaus) auf Paarkorrelationen zu untersuchen. Zur Zeit untersuche ich (mit M. Schechter, J. Imry und Y. Levinson) den Josephson Effekt in zwei gekoppelten supraleitenden Nanokörnern
.

Kondo-Effekt:-- Mit W. Thimm und H. Kroha habe ich eine ``Kondo Box'', d.h. ein normalleitendes Nanokorn, das eine einzelne magnetische Störstelle enthält, theoretisch untersucht [13]. Wir zeigten, daß der endliche Niveauabstand die Kondo-Resonanz stark beeinflußt, und zwar auf eine Weise, die von der Parität der Anzahl der Leitungselektronen des Kornes abhängt und die den Tunnelstrom durch ein solches Korn meßbar beeinflussen sollte
.

Ferromagnetismus:-- Zur Zeit arbeiten Silvia Kleff (Doktorandin) und ich an einer Theorie des Ferromagnetismus in ferromagnetischen Nanokörnern, in Zusammenarbeit mit Dan Ralph, der solche Körner experimentell untersucht.³ Experimentelle und theoretische Untersuchungen des Tunnelstroms durch solche Körner sollten neue, detaillierte Informationen liefern über die elektronische Struktur nanoskopischer Ferromagneten, die Dynamik des magnetischen Moments des Korns, etc.

Übersichtsartikel:-- Mit meiner Habilitationsschrift habe ich einen Übersichtsartikel vorgelegt, der alle bisherigen tunnelspektroskopischen Messungen an Nanokörnern, sowie die wichtigsten dadurch inspirierten theoretischen Arbeiten zusammenfaßt [23,24].

Im Allgemeinen glaube ich, daß das Wechselspiel von starken Korrelationen und den Effekten kleiner Systemgröße (finite-size effects) in Nanokörner eine Fundgrube für interessante neue Effekte darstellt, deren experimentelle Erschließung gerade erst am Anfang steht. Zum Beispiel gelang es kürzlich, in mehreren experimentellen Kollaborationen zwischen Chemikern und Physikern, mit chemischen Methoden Nanokörner mit genau kontrollierbaren Größen herzustellen, sie elektrisch zu kontaktieren und den Tunnelstrom durch sie zu messen.⁴ Dieses macht systematische Untersuchungen der Abhängigkeit von der Systemgröße möglich. Ich beabsichtige, diese hochinteressanten experimentellen Entwicklungen im Auge zu behalten und, wo möglich, mit theoretischen Arbeiten zu ergänzen

.

2. Zwei-Kanal-Kondo-Physik

Experimentelle Hinweise:-- Wenn eine dynamische Quantenstörstelle mit metallischen Leitungselektronen wechselwirkt, kommen starke Korrelationen zu Stande; in manchen Fällen, wie bei dem 2-Kanal-Kondo (2KK) Modell, entsteht dabei eine sogenannte Nicht-Fermi-Flüßigkeit (NFF). Ralph und Buhrman entdeckten starke Hinweise auf solch ein exotisches Verhalten in gewissen Leitwertanomalien metallischer Punktkontakte, die vermutlich 2-Niveausysteme enthielten, welche als 2KK-Störstellen agierten [4]. Um ihre Messdaten mit den Vorhersagen des 2KK-Modells zu vergleichen, berechnete ich in meiner Dissertation (in Zusammenarbeit mit A. Ludwig) den Leitwert solcher Punktkontakte im Nicht-Gleichgewicht [15], unter Benutzung der exakten Lösung des 2KK-Modells von Affleck und Ludwig mittels konformer Feldtheorie (KFT). Mehrere weitere Experimente lieferten inzwischen zusätzliche Unterstützung für die 2KK-Interpretation der Leitwertanomalien [9]. In [8] habe ich alle relevanten Experimente in einem Übersichtsartikel zusammengefaßt
.

Exakte Lösung mittels abelscher Bosonisierung:-- In 1997 entdeckten G. Zaránd und ich [10,18], daß alle Aspekte der von Affleck und Ludwig gefundenen exakten KFT-Lösung des 2KK-Modells mittels abelscher Bosonisierung nach der Methode von Emery und Kivelson (EK) reproduziert werden können und daß sich die Annahmen, die der KFT-Lösung zugrunde liegen, so beweisen lassen. Dieser Zugang ermöglicht außerdem (i) eine analytische Beschreibung des Übergangs des Energiespektrums eines Systems endlicher Größe (finite-size spectrum) vom freien zum NFF-Fixpunkt; (ii) eine Charakterisierung der elementaren Anregungen der NFF; (iii) einen Brückenschlag zwischen diversen Renormierungsgruppenstrategien, die sich hier alle analytisch durchführen lassen; (iv) eine Beschreibung des durch ein lokales Magnetfeld induzierten Übergangs zu einem Fermi-Flüssigkeits-Fixpunkt.

Unsere Methode läßt sich leicht auf verwandte Störstellenmodelle verallgemeinern. Ich fände es besonders reizvoll, Nicht-Gleichgewichtsversionen des 2KK-Modells zu untersuchen, die nicht mit KFT behandelt werden können
.

Phasendekohärenz:-- Mit A. Zawadowski und D. Ralph habe ich kürzlich darauf hingewiesen [17], daß 2KK-Störstellen in einem Metall aufgrund ihres NFF-Verhaltens einen anormalen Beiträg zur Rate der Phasendekohärenz (dephasing rate) macht. Dieses schlugen wir als mögliche Erklärung für die umstrittenen⁵ Experimente von Mohanty, Jariwala und Webb⁶ vor, in denen ein anormales Verhalten dieser Rate aus der durch schwache Lokalisierung verursachten Korrektur zum Leitwert ermittelt worden war. Als nächstes wäre es interessant zu versuchen, den von 2KK-Störstellen verursachten Beitrag zur schwachen Lokalisierung im Detail zu berechnen

.

3. Bosonisierung und Refermionisierung in Luttinger-Flüssigkeiten

Eine Voraussetzung für die oben erwähnte Bosonisierungslösung des 2-Kanal-Kondo-Modells war eine besonders sorgfältige Benutzung der sogenannten ``konstruktiven`` Bosonisierung in einem System endlicher Größe und eine ebenso sorgfältige Benutzung der Refermionisierung unter besonderer Berücksichtigung der sogenannten Klein-Faktoren (oder Leiteroperatoren für die Teilchenzahl). In [11] habe ich eine systematische und pädagogische Einführung in die konstruktive Bosonisierung und Refermionisierung geschrieben.

Als Anwendung des Formalismus berechnete ich die Tunnelzustandsdichte an einer Störstelle in einer (spinlosen) Luttinger-Flüssigkeit. Diese Größe war zuvor kontrovers diskutiert worden (Fabrizio & Gogolin⁷ und Furusaki⁸ bestritten die Ergebnisse von Oreg & Finkel'stein⁹); ich meine, die Kontroverse mittels einer sehr sorgfältigen Refermionisierungsbehandlung (bei Kopplung $g=1/2$) geklärt zu haben.

Eine interessante Fortsetzung dieser Arbeit wäre, Nicht-Gleichgewichtseffekte in Luttinger-Flüssigkeiten mittels konstruktiver Bosonisierung zu behandeln (die meines Erachtens hierfür besser geeignet ist als der bisher benutzte weniger explizite, feldtheoretische Formulismus). Die kürzlich gemeldete Beobachtung von Luttinger-Flüßigkeitsverhalten in Kohlenstoff-Nanodrähten¹⁰ stellen einen weiteren Anreiz für eine solche Arbeit dar

.

4. Transmissionsphasenverschiebung eines Quantunpunkts mit Kondo-
Korrelationen

Die Transmissionsphasenverschiebung eines Elektrons, das durch einen Quantenpunkt tunnelt, ist mittels eines Aharonov-Bohm-Interferometers direkt meßbar, wie Experimente am Weizmann-Institut gezeigt haben.¹¹Ferner ist es kürzlich am MIT¹² und in Delft¹³ gelungen, Kondo-Korrelationen in Quantenpunkten nachzuweisen und die sogenannte Kondo-Resonanz direkt zu beobachten. Gemeinsam mit U. Gerland, T. Costi und Y. Oreg habe ich kürzlich darauf hingewiesen [20], daß es mit einer Kombination dieser Experimente möglich sein müßte, die Phasenverschiebung eines Elektrons an einer Kondostörstelle erstmals direkt zu messen, und detaillierte theoretische Vorhersagen für die erwarteten Ergebnisse gemacht. Insbesondere sagten wir voraus, daß die im Tieftemperaturlimes erwartete Phasenverschiebung von $\pi/2$, die Nozières Fermi-Flüßigkeitstheorie zu Grunde liegt,¹⁴sich als breites Plateau bei $\pi/2$ in der Abhängigkeit der Phasenverschiebung von der Gatterspannung äussern sollte. Dieses Plateau wurde seitdem tatsächlich experimentell beobachtet.¹⁵

Als Erweiterung dieser Arbeit würde ich gerne den Einfluß eines Punktkontaktes in der Nähe solch eines Kondo-Quantenpunktes untersuchen; dabei interessiert besonders die Frage, ob die Viel-Teilchen-Natur der Kondo-Resonanz sie robuster gegen Dekohärenz macht oder nicht

.

5. Tunneln in Spinsystemen

Das quantenmechanische Tunneln eines Spins durch eine Potentialbarriere wird seit vielen Jahren untersucht. Falls der Spin makroskopisch groß ist, wäre er ein Kandidat für makroskopisches Quantentunneln. Mit C. Henley (und unabhängig von aber zeitgleich mit D. Loss, D. di Vincenzo und G. Grinstein¹⁶) habe ich einen ,,Spin-Paritätseffekt`` vorhergesagt [2,3]: in bestimmten Fällen verschwindet die Tunnelamplitude exakt für halbzahlige Spins, nicht aber für ganzzahlige.

Die von Dan Ralph untersuchten ferromagnetischen Nanokörner (siehe Abschnit 1) könnten eventuell zum Studium von Spintunneln benutzt werden. Einerseits haben sie recht große Spins ( $S \simeq 1000 \hbar$); andererseits kann der Spin kontrolliert in Einheiten von 1/2 geändert werden, weil sich die Elektronenzahl eines Korns diskret einstellen läst (durch Änderung der Gatterspannung). Es wäre interessant zu untersuchen, ob Spin-Paritätseffekte zu erwarten sind.

LEHRERFAHRUNG

Cornell University


6 Semester als Tutor (etwa 20 Arbeitstunden pro Woche, 4 davon in Tutorien),
zu Vorlesungen zur Klassischen Mechanik, Elektrodynamik und Statistischen Physik.

Universität Karlsruhe


Betreuung von Seminaren:
1. Ausgesuchte Themen aus der Festkörperphysik (WS 1995);
2. Theorie der Phasenübergänge (SS 1996);
3. Quantenoptik (SS 1998).


Übungsgruppenleitung (für Prof. G. Schön):
1. Theorie A, Einführung in die Theoretische Physik (Mechanik) (WS 1996);
2. Theorie B, Einführung in die Theoretische Physik (Mechanik) (SS 1997);
3. Theorie E, Statistische Mechanik (WS 1997);
4. Sondervorlesung, Moderne Probleme der Quantenmechanik (WS 1998);
5. Sondervorlesung, Vielteilchentheorie und Festkörperphysik (SS 1999);
6. Theorie C, Elektrodynamik (WS 1999).


Betreuung von Diplomarbeiten:
1. Wolfgang Tichy, Transport in Mesoskopischen Supraleitern (1995-1996).
2. Christoph Dobler, Zur Instabilität des 2-Kanal-Kondomodells (1997-1998).
3. Wolfgang Thimm, Die ``Kondo-Box'': Einfluß einer Magnetischen Störstelle auf den Stromtransport durch ein Ultrakleines Metallisches Korn (1997-1998).
4. Marc Pirmann, Spinabhängiger Transport durch Magnetische Einzel-Elektronen-Transistoren (1998-1999).
5. Silvia Kleff, Spinabhängiger Transport durch Ultrakleine Magnetische Körner (1999-2000).


Betreuung einer Doktorarbeit:
Fabian Braun, Supraleitung in Ultrakleinen Metallischen Körnern (1996-1999).

KONFERENZTEILNAHMEN und VORTRÄGE

Eingeladene Vorträge:

Introduction to the Kondo Problem and its Conformal Field Theory Solution, und 2-Channel Kondo Scaling in Metal Point Contacts, 1992 Summer School, ``Field Theory and Condensed Matter Physics'', Stormsriviermond, Südafrika, 17.-28. Januar, 1994.

Finite-Size Effects in Ultra-small NSN SET Transistors, 21st International Conference on Low Temperature Physics, Prag, 8.-14. August, 1996.

Superconductivity in Ultrasmall Particles, Euroconference on ``Strongly Correlated Electrons in Mesoscopic Structures'', Torino, 2.-7. September, 1996.

Zusammenbruch der Supraleitung in ultrakleinen metallischen Körnern (Hauptvortrag), Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Münster, 17.-21. März, 1997.

Paramagnetic Breakdown of Superconductivity in Ultrasmall Metallic Grains, March Meeting of the American Physical Society, Kansas City, 17.-21. März, 1997.

Paramagnetic Breakdown of Superconductivity in Ultrasmall Metallic Grains, Adriatico Research Conference on ``Superconductivity, Andreev Reflections and Proximity Effect in Mesoscopic Structures'', Trieste, 8.-11. Juli, 1997.

Paramagnetic Breakdown of Superconductivity in Ultrasmall Metallic Grains, 184. WE-Heraeus-Seminar, ``AC and Time Dependent Quantum Transport'', Bad Honnef, 20.-24. Oktober, 1997.

Vorsitz des Symposiums Supraleitung in mesoskopischen und nanoskopischen Systemen, Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Münster, 22.-26. März, 1999.

Superconductivity in Ultrasmall Grains and the Crossover from the Bulk to the Few-Electron Limit, Konferenz über ``Quantum Mesoscopic Phenomena and Mesoscopic Devices in Microelectronics'', NATO Advanced Study Institute, Ankara/Antalya, Turkei, 13.-25. Juni, 1999.

Transmission Phase Shift of a Quantum Dot with Kondo Correlations, 225. WE-Heraeus-Seminar, ``Electron Transport in Reduced Dimensions - Concepts and Reality'', Bad Honnef, 11.-15. Oktober, 1999.

Exact Study of the Effect of Level Statistics in Ultrasmall Superconducting Grains, 18th General Conference of the Condensed Matter Division of the European Physical Society, Montreux, Schweiz, 13.-17. März, 2000.

Two channel Kondo scattering from two-level tunneling systems, Workshop über ``Size Dependent Magnetic Scattering'', Pecs, Ungarn, 28. Mai-1. Juni, 2000.

Transmission Phase Shift of a Quantum Dot with Kondo Correlations, 236. WH-Heraeus-Workshop über ``Interacting Electrons in Nanostructures'', Bad Honnef, 12.-16. Juni, 2000.

Superconductivity in Ultrasmall Grains: Richardson's Exact Solution, Workshop on Nanoscale Superconductivity and Magnetism, Argonne National Laboratory, 18.-20. Juni, 2000.

Transmission Phase Shift of a Quantum Dot with Kondo Correlations, Minisymposium über ``Correlation in Mesoscopic Systems'', Trieste, 1.-14. August, 2000.

Transmission Phase Shift of a Quantum Dot with Kondo Correlations, TMR Advanced Research School, ``Space- and Frequency- and Time-Resolved Quantum Transport'', Hamburg, 3.-9. September, 2000.

Tunneling Transport through Individual Ultrasmall Metallic Grains, XXIV International School of Theoretical Physics über ``Transport Phenomena from Quantum to Classical Regimes'', in Ustron, Polen, 25. September - 1. Oktober 2000.

Weitere Konferenzteilnahmen:

$\Delta$-Resonances in the Walecka Model and the Rarita-Schwinger Inconsistencies, 1990 Annual Meeting of the South African Physical Society, Port Elizabeth, Juni 1990.

Gordon Conference on Strongly Correlated Electron Systems, Brewster Academy, Wolfeboro, New Hampshire, 17.-21. August, 1992.

Destructive Quantum Interference in the Kagomé Antiferromagnet, 1993 March Meeting of the American Physical Society, Seattle, 22.-26. März, 1993.

2-Channel Kondo Scaling in Metal Point Contacts, 1994 March Meeting of the American Physical Society, Pittsburgh, 21.-25. März, 1994.

2-Channel Kondo Scaling in Metallic Point Contacts - CFT Calculation of Scaling Curve (Poster), Conf. on ``Quantum Impurity Problems'', Gainsville, Florida, 24.-26. Februar, 1995.

2-Channel Kondo Scaling in Metallic Point Contacts - CFT Calculation of Scaling Curve, Euroconference on ``Mesoscopic Superconductivity and Josephson Junction Arrays'', Torino, 11.-22. September, 1995.

2-Channel Kondo Scaling in Metallic Point Contacts - CFT Calculation of Scaling Curve (Poster), International Workshop on ``Localization and Transport in Disordered and Low-Dimensional Systems'', Karlsruhe, 4.-6. Oktober, 1995.

2-Kanal Kondo Skalierungsverhalten in Metallischen Nanokontakten, Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Regensburg, 25.-29. März, 1996.

Parity-Affected Superconductivity in Ultrasmall Metallic Grains, NATO Conference on ``Mesoscopic Electron Transport'', Curaçao, 25. Juni - 5. Juli, 1996.

Paramagnetic Breakdown of Superconductivity in Ultrasmall Metallic Grains, First International Symposium on Phase Coherent Dynamics of Hybrid Nanostructures, Miraflores de la Sierra (Madrid), 9.-12. April, 1997.

Exakte Finite-Size Analyse des 2-Kanal-Kondo Models mittels Bosonisierung (Poster), Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Regensburg, 23.-27. März,
1998.

The Kondo Box: Transport through an Ultrasmall Metallic Grain with a Kondo Impurity, First International Symposium on Phase Coherent Dynamics of Hybrid Nanostructures, Ioannina, Greece, 25.-31. Mai,
1998.

The Kondo Box: Transport through an Ultrasmall Metallic Grain with a Kondo Impurity, Quantum Electronics in Low-Dimensional Systems, Erstes Treffen des Deutsch-Israelischen Programms, Max-Plank Institut Stuttgart, 13.-14. November,
1998.

Fixed-$N$ Superconductivity: The Cross-Over from the Bulk to the Few-Electron Limit, March Meeting of the American Physical Society, Atlanta, 20.-26. März, 1999.

Finite-Size Bosonization of 2-Channel Kondo Problem: a Bridge between the Numerical Renormalization Group and Conformal Field Theory, March Meeting of the American Physical Society, Atlanta, 20.-26. März, 1999.

Dephasing in Metals by Two-Level Systems in the 2-Channel-Kondo Regime (Poster),
``LOCALIZATION 1999 -- Disorder and Interaction in Transport Phenomena'', Hamburg, 30. Juli - 2. August, 1999.

Transmission Phase Shift of a Quantum Dot with Kondo Correlations, Quantum Electronics in Low-Dimensional Systems, Zweites Treffen des Deutsch-Israelischen Programms, Beer Sheva, Israel, 25.-26. November,
1999.

Weitere Vorträge:

2-Channel Kondo Scaling in Metal Point Contacts:
Karlsruhe, 4. Februar, 1994;
Bayreuth, 7. Februar, 1994;
Augsburg, 8. Februar, 1994;
München, 9. Februar, 1994;
Delft, 12. Mai, 1995;
Boston (Harvard University), 15. August, 1995.

Introduction to the Conformal Field Theory Solution of the Kondo Problem, (3 Vorträge):
Augsburg, 25.-26. Oktober, 1995.

Breakdown of Superconductivity in Ultrasmall Metallic Grains:
Budapest 6. Dezember, 1996;
Boston (Boston College), 25. März, 1997;
Providence (Brown University), 26. März, 1997;
Basel, 28. Mai, 1997.

Elementary Exact Solution of the 2-Channel Kondo Problem for the Mathematically Challenged:
Boston (MIT), 24. März, 1997;
Bonn, 30. Juni, 1997;
Cornell University, 29. August, 1997;
Universiteit Stellenbosch, Südafrika, 8. Oktober, 1997;
Freiburg, 13. Mai, 1998.

The Kondo Box: Transport through an Ultrasmall Metallic Grain with a Kondo Impurity:
Dresden (Max Planck Institut), 4. Dezember, 1997.

Finite-Size Bosonization of 2-Channel Kondo Problem: a Bridge between the Numerical Renormalization Group and Conformal Field Theory:
Göttingen, 22. Oktober 1998;
Köln, 17. März 1999.

Superconductivity in Ultrasmall Grains:
Physikalisches Kolloquium, Karlsruhe, 13. November 1998;
Walter-Meissner Institut, München, 11. Dezember 1998;
Cornell University, 23. Februar 1999;
Harvard University, 3. März 1999;
SUNY Stony Brook, 7. April 1999;
UC Davis, 12. April 1999;
Penn State University, 19. April 1999;
Ludwig-Maximilians-Universität München, 7. Juni 1999;
Tübingen, 23. Juni 1999;
Grenoble, 25. Juni 1999;
Graduiertenkolleg, Regensburg, 9. Juli 1999;
Hannover, 7. Juni 2000.

Transmission Phase Shift of a Quantum Dot with Kondo Correlations:
Technische Universität in Delft, Niederlanden, 15. November 1999;
Weizmann Institute, Rehovot, Israel, 23. November 1999;
Tel Aviv, Israel, 29. November 1999;
Augsburg, 14. Dezember 1999;
RWTH Aachen, 11. Januar 2000;
Bonn, 31. Januar 2000;
Physikalisches Kolloquium, Braunschweig, 8. Februar 2000;
Newton Institute, Cambridge, 6. April 2000;
Regensburg, 5. Mai 2000;
Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart, 16. Mai 2000.

Spintronik: Anwendungsperspektiven des Spinabhängigen Transports in Halbleitern
Habilitationskolloquium, Universität Karlsruhe, 19. Juli 2000.