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Physiker finden über 100 topologische Magnetmaterialien

Hier haben Planck-Forscher elektronische Grenzzustände in einer Neptunium-Wismut-Verbindung (NpBi) visualisiert - ein topologischer Isolator. Grafik: MPI Mikrostrukturphysik Halle

Hier haben Planck-Forscher elektronische Grenzzustände in einer Neptunium-Wismut-Verbindung (NpBi) visualisiert – ein topologischer Isolator. Grafik: MPI Mikrostrukturphysik Halle

Werkstoffe könnten in Zukunft bessere Nanoelektronik und Energiewandler ermöglichen

Dresden, 21. November 2020. Um den Weg zu besseren Quantencomputern, Datenspeichern und neuartigen Strom-Wärme-Energiewandlern haben Physikerinnen und Physiker aus Sachsen, China, Spanien, Frankreich und den USA über 100 neuer Magnet-Werkstoffe ausfindig gemacht, die auf ihrer Oberfläche Strom leiten, innerlich aber keine elektrische Energie durchlassen – sogenannte magnetische topologische Isolatoren beziehungsweise Halbmetalle. Das hat das Direktorin Prof. Claudia Felser vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe (MPI-CPfS) mitgeteilt, die an der Untersuchung beteiligt war.

Prof. Claudia Felser an der neuen Sputter-Anlage. Foto: Dietrich Flechtner

Prof. Claudia Felser an einer Sputter-Anlage. Foto: Dietrich Flechtner

Suche war bei nichtmagnetischen topologischen Materialien einfacher

Im Jahr 2017 hatten Teams der Princeton University, der University of the Basque Country, des Max-Planck-Instituts in Dresden und des „Donostia International Physics Center“ (DIPC) bereits ein Vorhersage-System für unmagnetische Materialien entwickelt. Durch diese Theorie der „Topologische Quantenchemie“ (TQC) „wurde eine effektive automatisierte Suche nach unmagnetischen topologischen Materialien möglich“, erläuterte Professor Luis Elcoro von der University of the Basque Country in Bilbao. Dies hatte unter anderem zur Entdeckung von 15.000 neuen unmagnetischen topologischen Materialien geführt.

Physiker rechnen mit ganze Welle neuer Materialien

„Eine zur TQC äquivalente Theorie wird benötigt um einen vergleichbaren Erfolg für die Studie magnetischer Materialien zu erreichen“, ergänzte Postdoktorand Benjamin Wieder, der am „Massachusetts Institute of Technology“ und an der Princeton University forscht. Erste Schritte dazu sind nun getan. Physikprofessor Andrei Bernevig von der Princeton University erwartet nun eine „explosionsartige Zunahme von Entdeckungen in magnetischen topologischen Materialien“. Erfahrungsgemäß dauert es von der Grundlagenforschung bis zu praktischen Produkten oder Innovationen in der Wirtschaft meist Jahre, oft sogar Jahrzehnte.

Autor: hw

Quelle: MPI- CPfS

Zum Weiterlesen:

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Physiker erklären, was topologischen Materialien sind

Wissenschaftliche Publikation:

Die Studie “High-Throughput Calculations of Magnetic Topological Materials” von Yuanfeng Xu, Luis Elcoro, Zhida Song, Benjamin J. Wieder, M. G. Vergniory, Nicolas Regnault, Yulin Chen, Claudia Felser und B. Andrei Bernevig erschien Online in der Fachzeitschrift Nature am 29. Oktober 2020.