Robuste Materialeigenschaften lassen sich ein- und ausschalten
Forschende der Technischen Universität Wien haben entdeckt, dass sich robuste Eigenschaften von speziellem Material gezielt kontrollieren lassen.
Das Wichtigste in Kürze
- Forschenden der TU Wien ist es gelungen, robuste Eigenschaften von Material zu steuern.
- Topologische Materialeigenschaften sind normalerweise robust gegenüber äusseren Störungen.
- Mit einem Magnetfeld können diese allerdings gezielt ein- und ausgeschaltet werden.
Es gibt sogenannte «topologische» Materialeigenschaften, die robust gegenüber Störungen sind. Auch wenn sich die Umgebungsbedingungen ändern, verschwinden diese Eigenschaften nicht. Forschenden der Technischen Universität (TU) Wien ist es erstmals gelungen, in einem speziellen Material solche Zustände gezielt ein- und auszuschalten. Sie verwenden dazu ein Magnetfeld, wie sie im Fachjournal «Nature Communications» berichten.
Die Wissenschaftler um Silke Bühler-Paschen vom Institut für Festkörperphysik arbeiten mit einem speziellen Material aus Cer, Bismut und Palladium. An diesem konnten sie in den vergangenen Jahren bereits exotisches topologisches Verhalten nachweisen. Dieses basiert darauf, wie sich die elektrische Ladung darin bewegt.
In einem gewöhnlichen elektrisch leitenden Material fliesst Strom, indem einzelne Elektronen durch das Material wandern. Durch dieses spezielle Material bewegt sich dagegen eine kollektive Anregung der Ladungsträger. So wie Schall sich als Dichte-Welle durch die Luft ausbreitet. Dabei müssen sich einzelne Luftteilchen nicht von der Quelle zum Empfänger bewegen.
Äusseres Magnetfeld kann Eigenschaften der Teilchen kontrollieren
Die Forscher betrachten diese kollektiven Anregungen als «Quasiteilchen». In diesem Material bewegen sie sich sehr langsam, weil sie gewissermassen nicht gut aneinander vorbeikommen. Das verleiht dem Material robuste elektrische und thermische Eigenschaften, kleine Verunreinigungen oder äussere Störungen bringen keine dramatische Änderung mit sich.
«Mit einem äusseren Magnetfeld kann man diese topologischen Eigenschaften kontrollieren. Man kann sie an einem gewissen Punkt sogar völlig zum Verschwinden bringen. Wir haben also stabile, robuste Eigenschaften, die man gezielt ein- und ausschalten kann», erklärte Bühler-Paschen in einer Aussendung.
Neue Entdeckung mache Material «noch interessanter»
Verantwortlich dafür ist die innere Struktur der kollektiven Anregungen: Sie tragen nicht nur elektrische Ladung, sondern auch ein magnetisches Moment. Und dadurch ist es möglich, sie durch ein Magnetfeld umzuschalten.
«Diese neu entdeckte Steuerbarkeit macht die topologischen Materialien noch einmal interessanter», betonte Bühler-Paschen. Vorstellbar sei etwa eine Nutzung für die Sensor- oder Schalttechnik. Aber auch neue, exotischere Anwendungen in der Elektronik, bis hin zum Quantencomputer könnten entstehen.
