Neues Quantenmaterial soll Elektronik deutlich effizienter machen

Ein internationales Forscherteam unter Federführung der Rice University hat ein neuartiges Quantenmaterial entwickelt. Dieses soll das Potenzial besitzen, kommende Elektronik-Komponenten leistungsstärker und energieeffizienter zu machen.

Supraleitung inklusive

Das Material basiert auf einer modifizierten Form von Tantal-Disulfid (TaS₂), dem geringe Mengen Indium hinzugefügt wurden, heißt es in dem in Nature Communications veröffentlichten Paper. Diese gezielte Veränderung bewirkt eine Verschiebung der kristallinen Symmetrie im Inneren des Materials - ein entscheidender Schritt, der neuartige elektronische Eigenschaften freisetzt.

Das daraus resultierende sogenannte "Kramers Nodal Line Metal" zeigt sowohl ungewöhnliche Quanteneffekte als auch supraleitende Eigenschaften, also die Fähigkeit, elektrischen Strom ohne Energieverlust zu transportieren. "Unsere Arbeit bietet eine klare Strategie zur Entwicklung neuer Quantenmaterialien, die für zukünftige elektronische Anwendungen von großem Nutzen sein können", erklärte Ming Yi, Professorin für Physik und Astronomie.


Laut Ko-Leiterin Emilia Morosan war es besonders herausfordernd, die strengen Symmetriebedingungen für diese Effekte gezielt im Materialdesign umzusetzen - doch die Ergebnisse seien vielversprechend. Mithilfe hochpräziser Messmethoden wie spinaufgelöster winkelresolvierter Photoemissionsspektroskopie und Untersuchungen unter Magnetfeldern analysierten die Forschenden die elektronische Struktur des Materials bis ins kleinste Detail.

Getrennte Bahnen

Dabei zeigte sich, dass Elektronen mit entgegengesetztem Spin in getrennten Bahnen durch das Material fließen - ein Verhalten, das mit gegenläufigem Verkehr auf einer zweispurigen Autobahn verglichen wird und an sogenannten Kramers-Knotenlinien zusammenläuft. Neben den experimentellen Untersuchungen kamen auch aufwendige theoretische Berechnungen zum Einsatz, die die experimentellen Daten stützten und weitere Einblicke in die elektronische Topologie des Materials ermöglichten.

"Diese Entdeckung eröffnet neue Wege für energieeffiziente Elektronik und könnte langfristig auch die Entwicklung topologischer Supraleiter vorantreiben", erklärte Junichiro Kono, Direktor des Smalley-Curl-Instituts, der ebenfalls an der Arbeit beteiligt war. Das Team plant, die Erforschung dieses neuen Materials weiter voranzutreiben, um noch unentdeckte Eigenschaften zu identifizieren, die den Weg für technologische Durchbrüche ebnen könnten.


Siehe auch: