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Ein internationales Forscherteam unter Beteiligung des Instituts für Photonische Quantensysteme der Universität Paderborn hat einen bedeutenden Fortschritt bei der Erforschung sogenannter Quantenmaterialien gemacht. Deren außergewöhnliche Eigenschaften – elektrische Leitfähigkeit, Magnetismus oder Supraleitung – machen sie u. a. für Anwendungen künstlicher Intelligenz und für Quantencomputer relevant. In einer aktuellen Arbeit beschreiben die Wissenschaftler neuartige, hochleitfähige Zonen an den Grenzflächen innerhalb dieser Systeme. Bisher galten die Bereiche als elektrisch isolierend. Die neuen Erkenntnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht.
Konkret geht es um „verdrehte Grenzflächen“ – so der Fachbegriff. Damit sind Materialien gemeint, die aus gestapelten, kristallinen Schichten bestehen, die in einem bestimmten Winkel zueinander angeordnet sind. Diese Anordnung führt zu einzigartigen physikalischen Eigenschaften. Bisher konzentrierten sich Untersuchungen verdrehter Grenzflächen vor allem auf sogenannte van-der-Waals-Materialien. Die Wissenschaftler*innen konnten jetzt nachweisen, dass das gezielte Verdrehen zweier großer Kristalle aus Lithiumniobat, das nicht zu den klassischen van-der-Waals-Materialien gehört, die Erzeugung neuartiger Grenzflächen ermöglicht. Verbunden wurden die beiden Lithiumniobatschichten durch eine thermische Kompressions-Bonding-Methode, also mittels Hitze und mechanischem Druck. Danach war es möglich, die elektrischen Eigenschaften an der Grenzfläche zu manipulieren. „Wir haben beobachtet, dass je nach Drehwinkel neuartige hochleitfähige Zonen an den Grenzflächen zwischen diesen sonst elektrisch isolierenden Materialien entstehen“, erklärt Dr. habil. Michael Rüsing vom PhoQS.
„Mit unserer Arbeit zeigen wir, dass sich die elektronischen Eigenschaften von Materialien präzise steuern lassen. Insbesondere die Möglichkeit, auch stark gebundene Kristalle gezielt zu verdrehen und ihre Grenzflächen zu kontrollieren, eröffnet faszinierende Perspektiven für künftige Quanten- und Nanoelektronik. Dadurch erreichen wir eine Miniaturisierung und Funktionalität von Bauteilen, die bisher undenkbar war“, so Dr. Rüsing weiter.
An der Arbeit waren Wissenschaftler*innen aus Deutschland, Spanien, Großbritannien und den USA beteiligt. Das Projekt, in dessen Kontext die Publikation entstanden ist, wird von mehreren nationalen und internationalen Organisationen gefördert. In Deutschland wird es u. a. von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen einer Forschungsgruppe unterstützt, die mit einem Teilprojekt, geleitet durch Prof. Dr. Christine Silberhorn, am PhoQS vertreten ist. Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung globaler und interdisziplinärer Zusammenarbeit in der Grundlagenforschung. Langfristig eröffnen sie neue Möglichkeiten für den Bau von Computerchips und Speicherelementen, etwa für Quantenanwendungen oder ultraschnelle Rechentechnologien.
Das Paper ist Open-Access und kann eingesehen werden unter: https://doi.org/10.1038/s41467-026-68553-7.
Dr. habil. Michael Rüsing, Institut für Photonische Quantensysteme der Universität Paderborn, Fon: +49 5251 60-4644, E-Mail: michael.ruesing@uni-paderborn.de
https://doi.org/10.1038/s41467-026-68553-7.
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Physics / astronomy
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
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