Im Mittelpunkt dieses binationalen Seminars, das vom 7. bis 11. Januar 2024 im Physikzentrum Bad Honnef stattfand, standen die neuesten Fortschritte und künftigen Entwicklungen auf dem Gebiet der künstlichen Quantenmaterialien und -bauelemente. Quantenmaterialien weisen vielfältige Transport-, optische und thermische Eigenschaften auf und sind für zahlreiche heutige Technologien von grundlegender Bedeutung. 

Das Programm des Seminars, das führende Wissenschaftler aus Deutschland und den USA zusammenbrachte, bot ausgiebig Zeit, um die ausgezeichneten Vorträge zu diskutieren. Die Vorträge spannten einen weiten Bogen von der Synthese über die emergenten Eigenschaften bis hin zu den potenziellen Anwendungen dieser Quantenmaterialien. Eines der zentralen Themen waren innovative Synthesetechniken zur Herstellung von einerseits Volumenmaterialien und andererseits dünnen Filmen und Heterostrukturen aus dünnen Schichten. Da einkristalline Volumenmaterialien, die bei hohen Temperaturen und Drücken erzeugt werden, in der Regel perfekter sind als dünne Schichten, lassen sich an ersteren die grundlegenden Eigenschaften des Quantenmaterials gründlich erforschen, ebenso wie die Eigenschaften, die ein defekt- und spannungsfreies Material erfordern.

Ein großer Teil der Diskussionen war topologischen und chiralen Materialien gewidmet. Diese weisen einzigartige physikalische und elektronische Eigenschaften auf, wie topologische Oberflächenzustände und nicht-kollineare Spinstrukturen, einschließlich Skyrmionen, die für künftige Technologien vielversprechend sind. Fortschritte in der Dünnschichttechnik ermöglichen es, atomare Grenzflächen zwischen verschiedenen Materialien zu schaffen. Diese Grenzflächen können bemerkenswerte Eigenschaften aufweisen, die in den einzelnen Materialien selbst nicht zu finden sind, wodurch sich neue Möglichkeiten für die Materialwissenschaft und -technik eröffnen. Mehrere Vorträge befassten sich auch mit fortschrittlichen Charakterisierungssonden, die für die Aufklärung der neuartigen Eigenschaften unerlässlich sind. Dazu gehören die Rastermikroskopie mit Elektronenstrahlen sowie neuartige Rastertunnelsonden, einschließlich der Entwicklung des „Quantum Twisting Microscope“, sowie verschiedene Röntgen- und Photoemissionstechniken.

Das Seminar, das von der WE-Heraeus-Stiftung und der Gordon and Betty Moore Foundation großzügig unterstützt wurde, war nicht nur ein Schaufenster der neuesten Forschung, sondern auch ein Forum, um die Agenda für künftige gemeinsame Anstrengungen und Innovationen auf diesem Gebiet zu definieren. Es bot eine wertvolle Gelegenheit, Wissen auszutauschen, Herausforderungen zu diskutieren und die Zukunft der Quantenmaterialforschung ins Auge zu fassen, um den Weg für bahnbrechende Fortschritte in Technologie und Wissenschaft zu ebnen.

Prof. Dr. Stuart Parkin, Dr. Annika Johansson, MPI für Mikrostrukturphysik Halle
Prof. Jak Chakhalian, Rutgers University, USA
Prof. Leslie Schoop, Princeton University, USA