Leibniz-Preis: Magisch verdrehtes Graphen
Der Physiker Dmitri Efetov von der LMU München erhält einen der Leibniz-Preise 2024.
Maike Pfalz / DFG / LMU
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) zeichnet drei Wissenschaftlerinnen und sieben Wissenschaftler mit dem Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis 2024 aus. Darunter ist der experimentelle Festkörperphysiker Dmitri Efetov von der Ludwig-Maximilians-Universität München. Der Preis ist mit jeweils 2,5 Millionen Euro dotiert, welche die Ausgezeichneten bis zu sieben Jahre lang nach eigenen Vorstellungen und ohne bürokratischen Aufwand für ihre Forschungsarbeit verwenden können.
Dmitri Efetov erhält den Leibniz-Preis für seine Pionierarbeiten zur Herstellung von großflächig homogenem, „magisch“ verschränktem Graphen. Graphen ist eine Modifikation von Kohlenstoff mit nur einer Atomlage. In diesem dünnen Nanomaterial werden Elektronen masselos. Durch Verdrehen von zwei Schichten Graphen unter einem magischen Winkel von genau 1,1° entsteht eine Vielzahl exotischer Quantenphasen mit neuen physikalischen Phänomenen wie supraleitenden, magnetischen und isolierenden Zuständen. Efetov konnte mit seinen Arbeiten grundlegende neue Erkenntnisse über verschiedene Quanteneffekte gewinnen. Graphen ist dabei vor allem ein Modellsystem, um komplexe Effekte zu untersuchen und künftig auch zu verstehen, etwa die Hochtemperatur-Supraleitung: Materialien aus verschränktem Graphen können – anders als die bisher verwendeten Kupferleitungen – Strom ohne Widerstand leiten. In Zukunft könnten sie daher herkömmliche Hochspannungskabel ersetzen.
Die Arbeiten an diesen Materialien bergen das Potenzial für neue technologische Durchbrüche, wie Dmitri Efetov 2021 in einem Überblicksartikel im Physik Journal erläutert hat. Um den supraleitenden Zustand in verdrehten zweilagigen Graphenschichten zu bilden, sind extrem wenige Elektronen nötig. Dies macht das System sehr empfindlich für elektromagnetische Strahlung. Einzelne Lichtquanten können den supraleitenden Zustand effizient erwärmen und aufbrechen und damit als wichtige Bausteine in Quantencomputern und für das Quanteninternet dienen. Die Fähigkeit, nach Belieben von supraleitenden zu magnetischen und zu topologischen Zuständen zu wechseln, kann die Energieeinsparung gegenüber heutigen Systemen revolutionieren. Damit lassen sich die verschiedenen Phasen einfach hybridisieren, indem nur in bestimmten Bereichen der Proben elektrische Felder angelegt werden. Hierdurch entstehen effektiv funktionale Netzwerke aus supraleitenden, topologischen und magnetischen Phasen. Diese Materialien sind leichter zu kontrollieren und bieten immer mehr Funktionalität bei gleichzeitiger Miniaturisierung.
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Dmitri Efetov studierte Physik an der ETH Zürich und wurde 2014 an der Columbia University in den USA promoviert, wo er sich mit der Suche nach Supraleitung in Graphen beschäftigte. In seiner darauffolgenden dreijährigen Postdoc-Phase am Massachusetts Institute of Technology (MIT) konnte er erstmals einen graphenbasierten Einzelphotonendetektor realisieren. Es folgte ein fünfjähriger Aufenthalt als Assistenzprofessor am Institute of Photonic Sciences (ICFO) in Barcelona. Dort gelang es ihm und seiner Gruppe als drittes Forschungsteam weltweit, Supraleitung in Graphen mit magischem Winkel nachzuweisen. Seit 2021 ist er W3-Professor für Experimentalphysik an der LMU München. Efetov erhielt zahlreiche Auszeichnungen, zudem konnte er 2020 einen ERC Starting Grant einwerben.
Verliehen werden die Leibniz-Preise am 13. März 2024 in Berlin.
