Dr. Johannes Mitscherling baut seit dem 1. August 2026 an der Universität Würzburg eine neue Emmy-Noether-Gruppe auf, die am Lehrstuhl für Theoretische Physik IV angesiedelt ist. Zusammen mit seinem Team wird der theoretische Festkörperphysiker neuartige Quantenmaterialien und die damit verbundenen Phänomene mithilfe geometrischer Methoden untersuchen. Zuletzt forschte er in den Gruppen von Dr. Libor Šmejkal am Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme in Dresden und Professor Joel Moore an der University of California in Berkeley, USA.
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert die Arbeit von Dr. Mitscherling und seiner Gruppe in den kommenden sechs Jahren mit knapp 1,9 Millionen Euro. Mit dem Emmy-Noether-Programm ermöglicht die DFG herausragenden Forschenden, sich schon früh in ihrer Karriere durch die Leitung einer eigenen Forschungsgruppe für eine Hochschulprofessur zu qualifizieren.
Schwerpunkt der neuen Gruppe: Geometrische Quantenmaterialien
„Es ist beeindruckend, welche experimentellen Fortschritte in der Quantensimulation und Materialforschung in den letzten Jahren erzielt wurden. Forschende sind mittlerweile in der Lage, Wellenfunktionen der Elektronen gezielt zu erzeugen und zu kontrollieren. Um die Quantenphysik dieser Systeme besser verstehen und vorhersagen zu können, brauchen wir auf theoretischer Seite intuitive und zugleich quantitative Methoden, die über die globalen Eigenschaften der Wellenfunktionen, deren Topologie, hinausgehen“, beschreibt Dr. Mitscherling die Motivation seiner Arbeit.
Seine Gruppe kommt diesem Ziel näher, indem sie bewährte Konzepte der Festkörperphysik mit Ideen aus der Geometrie und Quanteninformation verbindet. Das Ziel: Materialien zu finden, deren Wellenfunktionen besonders unkonventionelle geometrische Eigenschaften aufweisen.
Geometrische Klassifizierung von Wellenfunktionen soll neue Phänomene in Kristallen vorhersagen
„Die Atome und Symmetrien eines Materials geben vor, welche Quantenzustände die Elektronen annehmen können. Wir interpretieren und analysieren die Gesamtheit aller möglichen Zustände geometrisch. Wir fragen uns: Bilden die Zustände Ringe oder Kugeln? Wie weit sind sie voneinander entfernt? Wie verteilen sie sich über den Zustandsraum? Diese Eigenschaften geben uns zum Beispiel Hinweise darauf, ob ein Material besonders gut Licht in Strom umwandeln kann“, erklärt Dr. Mitscherling den geometrischen Ansatz seiner Gruppe.
Die neue Gruppe hat ein ambitioniertes Ziel: Sie möchte eine vollständige geometrische Klassifizierung der Wellenfunktionen für kristalline Systeme entwickeln.
„Mit dieser Klassifizierung werden wir viel genauer vorhersagen können, welche Materialien am vielversprechendsten, zum Beispiel für Photovoltaik, sind und wie sich ihre Eigenschaften durch äußere Einflüsse, etwa Druck oder Licht, gezielt hervorrufen und steuern lassen. Damit nähern wir uns der sehr spannenden Vielteilchen- und Nichtgleichgewichtsphysik, die sich in Experimenten zeigt, systematisch und kontrolliert an.“
Im Blick hat Dr. Mitscherling insbesondere zwei Forschungsfelder: unkonventionellen Magnetismus, etwa in Altermagneten, und Materialien mit exotischen Quasiteilchen in zweidimensionalen Heterostrukturen.
Enge Zusammenarbeit mit der Würzburger Festkörperphysik und dem Exzellenzcluster ctd.qmat geplant
Die neue Emmy-Noether-Gruppe wird eng in die Forschungslandschaft in Würzburg eingebunden sein. Gerade im Bereich der topologischen Quantenmaterialien hat sich die Universität Würzburg international einen Namen gemacht.
„Während die Topologie wichtige Einsichten in die Gesamtform der Wellenfunktionen liefert, ermöglicht die Quantengeometrie, Wellenfunktionen wesentlich detaillierter zu erfassen. Wir freuen uns, diesen neuen Ansatz in enger Zusammenarbeit an der Uni Würzburg und im Rahmen des Würzburg-Dresdner Exzellenzclusters ctd.qmat einzubringen und von der starken lokalen Expertise profitieren zu können“, hebt Dr. Mitscherling hervor.
Werdegang des neuen Gruppenleiters
Johannes Mitscherling, Jahrgang 1991, ist in Mönchengladbach aufgewachsen. Ab 2011 studierte er Physik an der RWTH Aachen. Während eines Erasmus-Aufenthalts in Paris und im Rahmen seiner Masterarbeit am Forschungszentrum Jülich spezialisierte er sich auf die theoretische Festkörperphysik. Für seine Doktorarbeit wechselte der Wissenschaftler 2016 an das Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart, wo er 2021 seine Promotion mit „summa cum laude“ abschloss.
Für seine ersten Ideen zur Quantengeometrie erhielt Johannes Mitscherling das Walter-Benjamin-Stipendium der DFG und das Postdoc-Stipendium der Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina. Die Förderung ermöglichte es ihm, von 2022 bis 2024 als Leopoldina-Postdoktorand an der University of California in Berkeley, USA, zu forschen. Im Anschluss kehrte er nach Deutschland an das Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme in Dresden zurück. Dort warb er erfolgreich die Förderung für seine Emmy-Noether-Gruppe ein.

Kontakt
Dr. Johannes Mitscherling, Lehrstuhl für Theoretische Physik IV, Universität Würzburg, johannes.mitscherling@uni-wuerzburg.de