Ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung des Instituts für Photonische Quantensysteme (PhoQS) der Universit?t Paderborn hat einen bedeutenden Fortschritt bei der Erforschung sogenannter Quantenmaterialien gemacht. Deren au?ergew?hnliche Eigenschaften – elektrische Leitf?higkeit, Magnetismus oder Supraleitung – machen sie u. a. für Anwendungen künstlicher Intelligenz und für Quantencomputer relevant. In einer aktuellen Arbeit beschreiben die Wissenschaftler*innen neuartige, hochleitf?hige Zonen an den Grenzfl?chen innerhalb dieser Systeme. Bisher galten die Bereiche als elektrisch isolierend. Die neuen Erkenntnisse wurden jetzt in der renommierten Fachzeitschrift ?Nature Communications“ ver?ffentlicht.
Konkret geht es um ?verdrehte Grenzfl?chen“ – so der Fachbegriff. Damit sind Materialien gemeint, die aus gestapelten, kristallinen Schichten bestehen, die in einem bestimmten Winkel zueinander angeordnet sind. Diese Anordnung führt zu einzigartigen physikalischen Eigenschaften. Bisher konzentrierten sich Untersuchungen verdrehter Grenzfl?chen vor allem auf sogenannte van-der-Waals-Materialien. Die Wissenschaftler*innen konnten jetzt nachweisen, dass das gezielte Verdrehen zweier gro?er Kristalle aus Lithiumniobat, das nicht zu den klassischen van-der-Waals-Materialien geh?rt, die Erzeugung neuartiger Grenzfl?chen erm?glicht. Verbunden wurden die beiden Lithiumniobatschichten durch eine thermische Kompressions-Bonding-Methode, also mittels Hitze und mechanischem Druck. Danach war es m?glich, die elektrischen Eigenschaften an der Grenzfl?che zu manipulieren. ?Wir haben beobachtet, dass je nach Drehwinkel neuartige hochleitf?hige Zonen an den Grenzfl?chen zwischen diesen sonst elektrisch isolierenden Materialien entstehen“, erkl?rt Dr. habil. Michael Rüsing vom PhoQS.
?Mit unserer Arbeit zeigen wir, dass sich die elektronischen Eigenschaften von Materialien pr?zise steuern lassen. Insbesondere die M?glichkeit, auch stark gebundene Kristalle gezielt zu verdrehen und ihre Grenzfl?chen zu kontrollieren, er?ffnet faszinierende Perspektiven für künftige Quanten- und Nanoelektronik. Dadurch erreichen wir eine Miniaturisierung und Funktionalit?t von Bauteilen, die bisher undenkbar war“, so Dr. Rüsing weiter.
An der Arbeit waren Wissenschaftler*innen aus Deutschland, Spanien, Gro?britannien und den USA beteiligt. Das Projekt, in dessen Kontext die Publikation entstanden ist, wird von mehreren nationalen und internationalen Organisationen gef?rdert. In Deutschland wird es u. a. von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen einer Forschungsgruppe unterstützt, die mit einem Teilprojekt, geleitet durch Prof. Dr. Christine Silberhorn, am PhoQS vertreten ist. Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung globaler und interdisziplin?rer Zusammenarbeit in der Grundlagenforschung. Langfristig er?ffnen sie neue M?glichkeiten für den Bau von Computerchips und Speicherelementen, etwa für Quantenanwendungen oder ultraschnelle Rechentechnologien.
Das Paper ist Open-Access und kann eingesehen werden unter: https://doi.org/10.1038/s41467-026-68553-7
