Dr. Tobias Meng, Nachwuchswissenschaftler im Exzellenz-Cluster ct.qmat – Komplexität und Topologie in Quantenmaterialien, erforscht in den nächsten drei Jahren Halbmetalle mithilfe der Theorie von schwarzen Löchern. Ziel: Den Elektronenfluss in dieser Materialklasse so präzise zu steuern, dass beispielsweise ultrasensible Quantensensoren entwickelt werden können. Das internationale Forschungsprojekt ist eine Kooperation von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der TU Dresden und der Universität Luxemburg und wird mit knapp einer Million Euro gefördert.

Um Strom gezielt leiten zu können, untersuchen Wissenschaftler:innen bei der Entwicklung zukünftiger Elektronik vor allem die Transporteigenschaften von Elektronen. Im Exzellenz-Cluster ct.qmat werden nun erstmals bestimmte theoretische Grundlagen verschiedener Forschungsgebiete kombiniert, um das Potenzial von Halbmetallen zu ergründen. Diese Materialklasse wurde bisher wenig betrachtet und in elektronischen Bauteilen kaum verwendet. Die Verknüpfung von Relativitätstheorie und Quantenmechanik ist ein neuer Ansatz, um die Elektronen in Halbmetallen systematisch zu manipulieren. Hierfür wird die Krümmung der Raumzeit von schwarzen Löchern auf den Elektronenfluss übertragen. Diese theoretische Verknüpfung zweier bislang getrennter Forschungsgebiete kann der weltweiten Materialforschung völlig neue Möglichkeiten eröffnen.

„Gemeinsam mit zwei Kollegen aus Luxemburg arbeite ich an der Elektronik von morgen, die ganz neue Dinge können soll. Wir wollen unter anderem Elektronenlinsen entwickeln, mit denen wir den Stromfluss in Bauteilen ganz genau steuern können. Bislang werden Halbmetalle in der Elektronikindustrie wenig genutzt, weil sie den Strom schlechter leiten als reine Metalle. Doch für eine zielgerichtete Manipulation von Elektronen sind Halbmetalle viel besser geeignet als Silizium und Co. Deswegen ist ihre Erforschung wichtig und zukunftsweisend“, so Dr. Meng.

Das Forschungsprojekt mit dem Titel „Topologie in relativistischen Halbmetallen“ (TOPREL) wird mit 925.000 Euro von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und ihrer luxemburgischen Partnerorganisation Fonds National de la Recherche (FNR) gefördert. Neben Dr. Tobias Meng, der an der TU Dresden die Emmy-Noether-Nachwuchsforschergruppe für Quantum Design leitet, sind zwei Wissenschaftler der Universität Luxemburg beteiligt. In den kommenden drei Jahren soll eine Infrastruktur geschaffen werden, die internationale Spitzenforschung in der relativistischen Quantenphysik ermöglicht. Zwei Post-Doc- und eine Doktorandenstelle werden in Kürze ausgeschrieben.

Exzellenzcluster ct.qmat
Das Exzellenzcluster ct.qmat – Komplexität und Topologie in Quantenmaterialien wird seit 2019 gemeinsam von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg und der TU Dresden getragen. Mehr als 250 Wissenschaftler:innen aus 33 Ländern und vier Kontinenten erforschen topologische Quantenmaterialien, die unter extremen Bedingungen wie ultratiefen Temperaturen, hohem Druck oder starken Magnetfeldern überraschende Phänomene offenbaren. Gelingt es, diese besonderen Eigenschaften unter Alltagsbedingungen nutzbar zu machen, wird das die Basis für revolutionäre Quantenchips und neuartige technische Anwendungen sein. Das Exzellenzcluster wird im Rahmen der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder gefördert.

Informationen für Journalisten:
Dr. Tobias Meng
Leiter Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe für Quantum Design
Institut für Theoretische Physik
Tel.: 0351 463-32847