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.
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
