ToCoTronics geht in die dritte Runde

23.05.2023

Der Physik-Sonderforschungsbereich ToCoTronics wurde erneut als exzellent bewertet und um vier Jahre verlängert. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert ihn mit 12 Millionen Euro.

Indenen – ein topologischer Isolator. Die linke Seite zeigt eine Messung der Zustandsdichte durch Rastertunnelspektroskopie und die rechte Seite eine schematische Darstellung der Ladungsverteilung im Dreiecksgitter. (Bild: SFB ToCoTronics / Universität Würzburg)

Topologische Materialien werden weltweit intensiv erforscht. Dieser Boom nahm seinen Anfang an der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg: Hier hat Physikprofessor Laurens Molenkamp im Jahr 2007 topologische Isolatoren erstmals experimentell realisiert. Die neuartigen Materialien besitzen ungewöhnliche Eigenschaften und lassen innovative Anwendungen in der Informationstechnologie und anderen Bereichen erwarten.

Um diese Art von Materialien grundlegend zu erforschen, beantragten Würzburger Physikerinnen und Physiker 2015 bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) erfolgreich den Sonderforschungsbereich „Topologische und korrelierte Elektronik in Ober- und Grenzflächen (ToCoTronics)“. 2019 wurde dieser SFB um vier Jahre verlängert. Nun hat die DFG nach einer erneut sehr positiven Begutachtung eine dritte Förderphase bewilligt. Dafür stellt sie 12 Millionen Euro bereit.

Indenen und Bismuthen: Neuartige Materialien entdeckt

Ein sehr schöner Erfolg für das SFB-Team und seine Sprecher, die Physikprofessoren Björn Trauzettel und Ralph Claessen. Der SFB hat in den vergangenen Jahren Herausragendes geleistet. „Zum Beispiel haben wir mit Indenen und Bismuthen zwei ganz neue topologische Materialien mit interessanten physikalischen Eigenschaften entdeckt“, sagt Ralph Claessen.

Publiziert wurden die Forschungsergebnisse aus dem SFB in bislang mehr als 400 Veröffentlichungen in renommierten Fachzeitschriften. Gut 100 dieser Publikationen sind in besonders prestigeträchtigen Titeln wie Science, Nature, Nature Physics, Nature Materials, Nature Nanotechnology und Physical Review Letters erschienen.

So sieht das Forschungsprogramm bis 2027 aus

Mit dem frischen Fördergeld der DFG sollen auch in den kommenden vier Jahren mehr als 35 Personalstellen im SFB finanziert werden. Als nächstes wollen die Forschenden die neu entdeckten topologischen Materialien mit lithographischen Verfahren zu Drähten, Punktkontakten oder anderen Strukturen formen. „Durch derartige räumliche Einschränkungen zeigen sich in der Regel neue physikalische Phänomene“, erklärt Björn Trauzettel.

„Neu ins Forschungsprogramm nehmen wir die sogenannten Kagome-Metalle auf, die thematisch sehr gut in den SFB passen“, ergänzt Ralph Claessen. Das Atomgitter dieser Metalle sieht aus wie ein japanisches Flechtkorbmuster. Diese besondere Struktur ist der Grund für außergewöhnliche Quanteneigenschaften. Kagome-Metalle zeigen unter anderem eine unkonventionelle Art der Supraleitung, also der verlustfreien Leitung von elektrischem Strom.

SFB als wichtiges Element für Exzellenzcluster

Den JMU-Physikern zufolge ist die Weiterführung des SFB von großer Bedeutung für das Exzellenzcluster ct.qmat, in dem die Uni Würzburg und die TU Dresden gemeinsam die topologische Physik in verschiedenen Systemen erforschen. Zusammen mit einem thematisch passenden SFB in Dresden erzeugen die drei Forschungseinrichtungen im Verbund beachtliche Synergien in der Festkörperforschung an beiden Standorten.