Neuartige Oberflächensupraleitung in topologischem Material entdeckt
Meilenstein in der Materialforschung
Ein internationales Forschungsteam, an dem auch die Bergischen Universität Wuppertal beteiligt ist, hat in dem Material Platinbismut (PtBi₂) eine neuartige Form von Supraleitung nachgewiesen. Die Ergebnisse wurden nun in den Fachzeitschriften „Nature Communications“ und „Advanced Physics Research“ veröffentlicht.
„Unsere Resultate eröffnen beeindruckende Perspektiven für die Grundlagenforschung und zukünftige technologische Anwendungen, etwa im Bereich des Quanten-Computings“, sagt Prof. Dr. Christian Hemker-Heß vom Wuppertaler Lehrstuhl für Kondensierte Materie – Experimentelle Festkörperphysik.
Seit ihrer Entdeckung vor über hundert Jahren fasziniert das Phänomen der Supraleitung die Forschung. Ein Supraleiter ist ein Material, das Strom komplett ohne Widerstand leiten kann, wenn es kalt genug wird. Normalerweise geht beim Stromfluss Energie in Form von Wärme verloren, aber in einem Supraleiter fließt der Strom einfach, ohne Energie zu verlieren. Supraleitung ist essenziell für Anwendungen wie supraleitende Magnetspulen oder Quanteninterferometer, die für hochempfindliche Magnetfeldmessungen eingesetzt werden (z. B. in MRT-Geräten in Krankenhäusern).
Vielversprechend für neue Technologien
Eine andere, wesentlich später entdeckte Klasse von Materialien sind sogenannte topologische Festkörper. Ein topologisches Material ist ein spezielles Material, das an seinen Oberflächen ganz andere Eigenschaften hat als in seinem Inneren. Das kann z. B. bedeuten: Außen kann Strom fließen, innen aber nicht. Besonders ist, dass der Strom an den Rändern robust fließt, also nicht gestoppt wird, selbst wenn es Dreck, Kratzer oder andere Störungen gibt. Das macht die topologischen Materialien sehr stabil und vielversprechend für neue Technologien. Verwendung könnten topologische Materialien zum Beispiel in zukünftigen Quantencomputern finden.
Erstmals gelang es nun, beide Phänomene – Supraleitung und Topologie – in einem Material zu vereinen. Die beteiligten Wissenschaftler*innen konnten zeigen, dass Platinbismut (PtBi₂) nicht nur supraleitend ist, sondern diese Supraleitung ausschließlich an der Oberfläche auftritt.
Meilenstein in der Materialforschung
„Die Ergebnisse der aktuellen Forschung könnten weitreichende Konsequenzen für die Quantenphysik haben“, so Christian Hemker-Heß. „Zukünftige Forschungen werden zeigen, ob die Supraleitung in Platinbismut selbst topologische Eigenschaften besitzt.“
Die Entdeckung in Platinbismut markiere einen wichtigen Meilenstein in der Materialforschung und biete spannende neue Einblicke in das Zusammenspiel von Supraleitung und Topologie.
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