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Forschung an der RWTH Aachen liefert neue Einblicke in die Entstehung von Supraleitung in exotischen Materialien
Forschende der RWTH Aachen unter der Leitung von Professor Dante Kennes vom Lehrstuhl für Theoretische Physik der kondensierten Materie haben zu einer neuen Studie beigetragen, die sich einem seit Langem bestehenden Problem der Physik widmet: Supraleitung, die sich mit etablierten Theorien nicht erklären lässt. Der Beitrag des Teams lag in der theoretischen Modellierung der zugrunde liegenden Mechanismen. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nature erschienen und werden dort unter dem Titel “Angle evolution of the superconducting phase diagram in twisted bilayer WSe2” vorgestellt.
Supraleitung – ein Phänomen, bei dem elektrischer Strom ohne Energieverlust fließen kann – ist für zahlreiche Hightech-Anwendungen von großer Bedeutung. So lässt sich mit Supraleitern Strom über weite Entfernungen verlustfrei übertragen, während in herkömmlichen Leitungen Energie in Form von Wärme verloren geht. Zudem ermöglichen sie die Herstellung extrem starker Elektromagnete, wie sie in MRT-Geräten eingesetzt werden, und kommen auch in Magnetschwebebahnen zum Einsatz, die nahezu reibungsfrei mit hohen Geschwindigkeiten fahren.
Ein zentraler Nachteil herkömmlicher Supraleiter: Sie funktionieren nur bei sehr niedrigen Temperaturen und müssen daher mit aufwendigen und kostspieligen Kühlsystemen betrieben werden – oft nahe dem absoluten Nullpunkt. Diese Einschränkung hat die Forschung an unkonventionellen Supraleitern vorangetrieben, die bereits bei höheren Temperaturen supraleitend werden und dadurch deutlich weniger Kühlaufwand erfordern.
Eine besonders interessante Klasse sind sogenannte Moiré-Supraleiter. Sie bestehen aus ultradünnen Kristallschichten – meist Graphen –, die in einem exakt definierten, kleinen „magischen Winkel“ gegeneinander verdreht sind. Durch diese Verdrehung entsteht ein großskaliges Moiré-Muster, das den Materialien ihren Namen gibt. In diesem Muster wechselwirken Elektronen stark miteinander und bilden Paare, während sie sich durch das Material bewegen – eine zentrale physikalische Grundlage für Supraleitung.
Kürzlich wurde ein neuer unkonventioneller Supraleiter in verdrehten Schichten aus Wolframdiselenid entdeckt. Wie genau die Supraleitung in diesem Material entsteht, war bislang jedoch unklar. In der vorliegenden Studie zeigen die Forschenden, dass sich durch die gezielte Variation des Verdrehwinkels – also der relativen Drehung der beiden Schichten – untersuchen lässt, wie Moiré-Muster entstehen und zugleich steuern, wie leicht sich Elektronen zu Paaren koppeln und durch den Kristall bewegen.
Über diesen „Regler“ können Physikerinnen und Physiker nun die Prozesse simulieren, die zur Supraleitung führen – eine Steuerungsmöglichkeit, die für Festkörper äußerst selten ist. Die Ergebnisse könnten sich auch auf andere unkonventionelle Supraleiter übertragen lassen, etwa auf cupratbasierte Materialien, die bei vergleichsweise höheren Temperaturen supraleitend werden. Kennes betont die weiterreichende Bedeutung der Studie: „Wir verfügen nun über eine äußerst seltene Plattform, die es uns erlaubt, gezielt über die Konstruktion exotischer Materiephasen mit supraleitenden Eigenschaften nachzudenken.“
DOI: 10.1038/s41586-026-10357-2
Professor Dante Kennes
Tel.: +49 241 80 27022
dante.kennes@rwth-aachen.de
https://www.nature.com/articles/s41586-026-10357-2
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Physics / astronomy
transregional, national
Research results
German
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