Hoe bepalen de principes van de kwantummechanica de eigenschappen van materialen op de nano-, meso- and macro-schaal?

De fysieke eigenschappen van materialen worden bepaald door the kwantummechanische interacties tussen de atomen waaruit ze zijn opgebouwd. Het begrijpen en kunnen beschrijven van deze interacties is essentieel voor het kunnen voorspellen, manipuleren en ontwerpen van de materialen die de basis vormen voor de technologie en de maatschappij van de toekomst. Hierbij is het noodzakelijk om niet alleen de interacties tussen enkele atomen te begrijpen, maar ook hoe ontelbare van die atomen gezamenlijk eigenschappen kunnen ontwikkelen die meer zijn dan de som der delen. Deelvragen in dit onderzoek zijn bijvoorbeeld: Wat is de oorsprong van het vreemde metaalachtige gedrag van hoge-temperatuur supergeleiders? Welke principes bepalen de organisatie van kwantummaterialen ver van thermodynamisch evenwicht? Welke nieuwe kosmologische inzichten kunnen we verkrijgen door kwantummaterialen te bestuderen? Welke klassen materialen kunnen we bouwen met behulp van kwantum-elektronica of ultra-koude atomen? Bij al dit soort onderzoek is een hechte samenwerking tussen theorie en experiment cruciaal, en kan optimaal gebruik gemaakt worden van nieuwe ontwikkelingen op het grensgebied tussen bijvoorbeeld kwantum-elektronica, koude atomen en de natuurkunde van het licht. Ook is het te verwachten dat de inzet van kwantumsimulaties en geavanceerde numerieke methoden zal leiden tot doorbraken en nieuwe inzichten.