23.05.2023

Neue Strukturen aus topologischen Materialien

Sonderforschungsbereich „ToCoTronics“ geht in Würzburg in die dritte Runde.

Topologische Materialien werden weltweit intensiv erforscht. Dieser Boom nahm seinen Anfang auch an der Julius-Maximilians-Univer­sität Würzburg: Hier hat Laurens Molenkamp im Jahr 2007 topologische Isolatoren erstmals experimentell realisiert. Die neuartigen Materialien besitzen ungewöhnliche Eigenschaften und lassen innovative Anwendungen in der Informations­technologie und anderen Bereichen erwarten. Um diese Art von Materialien grundlegend zu erforschen, beantragten Würzburger Physikerinnen und Physiker 2015 bei der Deutschen Forschungs­gemeinschaft (DFG) erfolgreich den Sonder­forschungsbereich „Topologische und korrelierte Elektronik in Ober- und Grenzflächen (ToCoTronics)“. 2019 wurde dieser SFB um vier Jahre verlängert. Nun hat die DFG nach einer erneut sehr positiven Begutachtung eine dritte Förderphase bewilligt. Dafür stellt sie zwölf Millionen Euro bereit.

Abb.: Illustration der Struktur des topo­logischen Isolator Indenen. (Bild:...
Abb.: Illustration der Struktur des topo­logischen Isolator Indenen. (Bild: SFB ToCoTronics, U. Würzburg)

In den vergangenen Jahren haben die Wissenschaftler einiges erreicht. „Zum Beispiel haben wir mit Indenen und Bismuthen zwei ganz neue topo­logische Materialien mit interessanten physikalischen Eigenschaften entdeckt“, sagt SFB-Sprecher Ralph Claessen. Publiziert wurden die Forschungs­ergebnisse in bislang mehr als 400 Veröffent­lichungen in renommierten Fachzeitschriften. Gut einhundert dieser Publikationen sind in besonders prestigeträchtigen Titeln wie Science, Nature, Nature Physics, Nature Materials, Nature Nanotechnology und Physical Review Letters erschienen. Mit dem frischen Fördergeld sollen auch in den kommenden vier Jahren mehr als 35 Personalstellen finanziert werden. Als nächstes wollen die Forschenden die neu entdeckten topo­logischen Materia­lien mit litho­graphischen Verfahren zu Drähten, Punktkontakten oder anderen Strukturen formen. „Durch derartige räumliche Einschränkungen zeigen sich in der Regel neue physikalische Phänomene“, erklärt SFB-Sprecher Björn Trauzettel.

„Neu ins Forschungs­programm nehmen wir die Kagome-Metalle auf, die thematisch sehr gut in den SFB passen“, ergänzt Ralph Claessen. Das Atomgitter dieser Metalle sieht aus wie ein japanisches Flecht­korbmuster. Diese besondere Struktur ist der Grund für außergewöhnliche Quanteneigenschaften. Kagome-Metalle zeigen unter anderem eine unkonventionelle Art der Supra­leitung, also der verlustfreien Leitung von elektrischem Strom. Den Physikern zufolge ist die Weiterführung des SFB von großer Bedeutung für das Exzellenz­cluster ct.qmat, in dem die Universität Würzburg und die TU Dresden gemeinsam die topologische Physik in verschiedenen Systemen erforschen. Zusammen mit einem thematisch passenden SFB in Dresden erzeugen die drei Forschungs­einrichtungen im Verbund viele Synergien in der Festkörper­forschung an beiden Standorten.

JMU Würzburg / JOL

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