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Quantenmaterialien Forscher verändern Materialeigenschaften drastisch

Quelle: Pressemitteilung der FAU Erlangen-Nürnberg 2 min Lesedauer

Zwingt man Stoffe zur Interaktion mit Licht, können sich ihre Eigenschaften stark ändern, hat man an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) und der Universität Triest bewiesen.

Der Weg zu kleineren und einfacher schaltbaren Quantencomputern und leichter zu realisierenden Supraleitern könnte über das schwarze Tantalsulfid führen. Das untersuchen Forscher aus Italien und Deutschland. Hier ein paar Informationen zu dieser Chance ...(Bild: Mineralfux)
Der Weg zu kleineren und einfacher schaltbaren Quantencomputern und leichter zu realisierenden Supraleitern könnte über das schwarze Tantalsulfid führen. Das untersuchen Forscher aus Italien und Deutschland. Hier ein paar Informationen zu dieser Chance ...
(Bild: Mineralfux)

Es ist der Traum eines jeden Materialforschers, dass er oder sie die Eigenschaften eines Werkstoffes so zu kontrollieren vermag, dass dieser völlig unterschiedliche Funktionen erfüllt – und zwar innerhalb geschlossener Systeme und das auch noch umkehrbar, präzise und kontaktlos steuerbar. Forscher der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) und der Universität Triest haben mit Blick auf diesen Traum in einer Studie gezeigt, dass Tantalsulfid, ein metallisches Quantenmaterial, in einem optischen Hohlraum von einem elektrischen Leiter gar zu einem Isolator werden kann. Weil dieser Prozess reversibel ist und kontaktlos gesteuert werden kann, eröffnet er völlig neue Perspektiven für Elektronik, Energiespeicherung und Quantencomputing.

Die Chance, einfachere und kleinere Quantencomputer zu bauen

Das Forschungsteam nutzt dafür, wie bereits erwähnt, einen sogenannten optischen Hohlraum. Darunter ist ein enger Raum zwischen zwei Spiegeln zu verstehen, in dem Atome und Moleküle in eine Wechselwirkung mit Licht gezwungen werden. Optische Hohlräume verändern die elektromagnetische Umgebung eines Materials. Das erlaube es, seine Eigenschaften präzise und kontaktlos zu steuern. Im Experiment mit Tantalsulfid wurde ein reversibler Übergang zwischen der isolierenden und der metallischen Phase erreicht, indem die Position der Spiegel, die das Material umgeben, mechanisch verändert wurde. Die Möglichkeit, die Leitfähigkeit eines Materials so zu modulieren, eröffnet für die Präzisionssensorik und die Steuerung elektronischer Prozesse ganz neue Möglichkeiten, betonen die Beteiligten Wissenschaftler.

Vor allem bei der weiteren Entwicklung der Quantentechnologie könnte die Entdeckung eine wichtige Rolle spielen. Denn Quantenchips etwa sind zwar extrem gut Leiter, aber auch sehr anfällig für Störungen, heißt es. Sollte es den Experten gelingen, die elektromagnetischen Eigenschaften von Bauteilen in Quantencomputern kontaktlos zu verändern, könnten Schaltvorgänge stark vereinfacht und der Einfluss von Störfaktoren wesentlich reduziert werden. Zugleich wäre es möglich, Quantencomputer noch kompakter zu bauen.

Optische Hohlräume sorgen für sparsamere Supraleiter

Mit ihrer Entdeckung dringen die Forschenden, wie man anmerkt, auch in den Bereich der supraleitenden Materialien vor. Denn viele Quantentechnologien sind auf Supraleiter angewiesen, die elektrischen Strom bekanntlich widerstandsfrei, also ohne Verluste, leiten. Dafür müssen sie jedoch fast auf den absoluten Temperaturnullpunkt gekühlt werden – ein ebenso aufwändiger wie energieintensiver Vorgang. Das Einbringen in optische Hohlräume könnte aber ein Weg sein, Quantenmaterialien bei Temperaturen zu Supraleitern zu machen, die immer näher an der Raumtemperatur liegen, wie die Forscher hoffen.

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