idw – Informationsdienst Wissenschaft
Nachrichten, Termine, Experten
Nachrichten, Termine, Experten
idw - Informationsdienst
Wissenschaft
Die Chiralität ist eine grundlegende Eigenschaft in der Natur. Sie besagt, dass ein Objekt nicht durch Drehung und Verschiebung mit seinem Spiegelbild zur Deckung gebracht werden kann. Physiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) haben nun erstmals zeigen können, dass es eine Art Vorstufe für chirale Materialien gibt. Diese Materialien haben sie gemeinsam mit dem Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle entdeckt. Die im Fachmagazin „Nature Communications“ veröffentlichten Ergebnisse könnten den Weg dafür ebnen, dünne Schichten mit einheitlicher Chiralität herzustellen und so wichtige Impulse für die nächste Generation der Mikroelektronik liefern.
Eines der größten Probleme der modernen Mikroelektronik ist, dass Computerchips nicht mehr beliebig kleiner und effizienter gemacht werden können. Bisher eingesetzte Materialien wie Kupfer stoßen an ihre Grenzen, da ihr spezifischer Widerstand extrem ansteigt, wenn sie zu klein werden. Chirale Materialien könnten hier Abhilfe schaffen. Diese Materialien verhalten sich wie linke und rechte Hand: Sie sehen fast gleich aus und sind Spiegelbilder voneinander, lassen sich aber nicht zur Deckung bringen.
„Man nimmt an, dass der spezifische Widerstand in einigen elektronisch chiralen Materialien konstant bleibt, oder sogar abnimmt, wenn das chirale Material kleiner wird. Deshalb arbeiten wir daran, die Chiralität zu nutzen, um Materialien für eine neue Generation von Mikrochips zu entwickeln, die schneller, energieeffizienter und robuster sind als heutige Technologien“, sagt Prof. Dr. Niels Schröter vom Institut für Physik der MLU. Bisher war es jedoch schwierig, dünne Schichten dieser Materialien herzustellen, ohne dass sich links- und rechtshändige Bereiche gegenseitig in ihren Effekten aufheben.
Genau hier setzt die neue Studie an, an der auch das Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle beteiligt war. „Wir haben erstmals Materialien gefunden, die selbst noch nicht chiral sind. Sie haben aber das Potenzial, durch gezielte Verzerrung in elektronisch chirale Materialien umgewandelt zu werden, die nur eine einzige Händigkeit haben. Diese achiralen Materialien könnten als sogenannte Elternmaterialien dienen, um chirale Leiter mit geringem spezifischen Widerstand zu entwickeln“, erklärt Schröter.
Mit Hilfemoderner Messmethoden und präziser Computersimulationen konnten die Forscher die elektronische Struktur der Fermi-Flächen der Materialien sichtbar machen. Diese Flächen bestimmten das Verhalten der Elektronen im Material maßgeblich. „Die Elektronen formen in diesen Materialien eine Art Acht auf ihrer Fermi-Oberfläche“, erklärt Gabriele Domaine vom Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik, Doktorand im Projekt und Erstautor der Studie. „Bei der Untersuchung von einem ähnlichen Material mit mehr Elektronen gab es plötzlich keine ‚Acht‘ mehr. Wir konnten also den Übergang von ‚Acht‘ zu ‚keine Acht‘ in unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlicher Elektronenfüllung zeigen.“
Das Forscherteam plant nun, die beobachteten Effekte in weiteren Materialien zu untersuchen und den Ansatz weiter zu verfeinern. Chirale Materialien sind der zentrale Forschungsschwerpunkt des Exzellenzclusters EXC 3112 „Center for Chiral Electronics“, das Anfang 2026 seine Arbeit aufgenommen hat. Darin arbeiten Forschende der MLU, der Freien Universität Berlin, der Universität Regensburg und des Max-Planck-Instituts für Mikrostrukturphysik an neuen Konzepten für leistungsfähige und energiesparende Elektronik.
Studie: Domaine G. et al. Tunable Octdong and Spindle-Torus Fermi Surfaces in Kramers Nodal Line Metals. Nature Communications (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-66284-9
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars, all interested persons
Electrical engineering, Materials sciences, Physics / astronomy
transregional, national
Research results
German
You can combine search terms with and, or and/or not, e.g. Philo not logy.
You can use brackets to separate combinations from each other, e.g. (Philo not logy) or (Psycho and logy).
Coherent groups of words will be located as complete phrases if you put them into quotation marks, e.g. “Federal Republic of Germany”.
You can also use the advanced search without entering search terms. It will then follow the criteria you have selected (e.g. country or subject area).
If you have not selected any criteria in a given category, the entire category will be searched (e.g. all subject areas or all countries).
