Neuer Schub für ToCoTronics

Im Jahr 2015 gelang es Physikerinnen und Physikern der Julius-Maximilians-Universität (JMU), in Würzburg einen neuen Sonderforschungsbereich zu etablieren. Dafür stellte die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) rund elf Millionen Euro zur Verfügung.

Das Geld floss in die Erforschung topologischer Materialien – diese Materialklasse zeichnet sich durch sehr ungewöhnliche Eigenschaften aus. Sie wird weltweit intensiv untersucht, weil sie neuartige Anwendungen in der Informationstechnologie und anderen Bereichen verspricht.

Nun stand die planmäßige Begutachtung des Sonderforschungsbereichs (SFB) an. Dieser Prozess verlief für die Universität sehr erfolgreich: Die DFG stuft die geleisteten Arbeiten und die neuen Forschungspläne der Physik weiterhin als exzellent ein. Sie fördert den SFB „Topologische und korrelierte Elektronik in Ober- und Grenzflächen (ToCoTronics)“ für weitere vier Jahre mit insgesamt 12 Millionen Euro.

Forschungsergebnisse hochrangig veröffentlicht

Professor Björn Trauzettel, einer der beiden SFB-Sprecher und Inhaber des JMU-Lehrstuhls für Theoretische Physik IV, freut sich sehr über diesen Erfolg: „Im SFB haben wir die Forschung an topologischen Materialien entscheidend vorangetrieben. Wir haben neue topologische Isolatoren entdeckt und Hybridsysteme aus topologischen Materialien und Supraleitern optimiert.“

Die bisherigen Leistungen des gesamten SFB-Forschungsteams zeigen sich unter anderem an der großen Zahl von über 200 Veröffentlichungen in renommierten Fachzeitschriften. Mehr als 50 dieser Publikationen sind in den besonders renommierten Zeitschriften Nature, Science, Nature Physics, Nature Materials, Nature Nanotechnology und Physical Review Letters erschienen.

Blick auf das Forschungsprogramm bis 2023

Mit dem Fördergeld der DFG sollen in den kommenden vier Jahren knapp 40 neue Personalstellen im SFB finanziert werden. Das neue Forschungsprogramm dreht sich um eine zentrale Frage: Wie beeinflussen elektronische Korrelationen die topologische Physik von Festkörpern und umgekehrt?

„Wenn die zugrundeliegenden Mechanismen verstanden sind, können wir Nanosysteme mit funktionalen Eigenschaften designen und sie für innovative Anwendungen in der Spintronik oder in der Quanteninformationstechnik nutzen“, sagt Trauzettel.

Erste Zwischenziele seien die Optimierung der Materialqualität bekannter topologischer Isolatoren, die Erzeugung neuartiger topologischer Grenzflächenphasen durch Kombination mit Supraleitern und Ferromagneten sowie die Funktionalisierung für mögliche Anwendungen.

Professor Ralph Claessen, der andere SFB-Sprecher und Inhaber des JMU-Lehrstuhls für Experimentelle Physik IV, beschreibt einen weiteren zentralen Schwerpunkt: „Er wird auf dem Zusammenspiel von Spin-Bahn-Kopplung mit Coulomb-Wechselwirkung liegen, das noch wenig verstanden ist, aber ein umfangreiches Potential für die Entdeckung neuer topologischer Materialien und Phänomene hat.“

Schub für die Festkörper-Forschung

Die zweite Phase des SFB ToCoTronics läuft zeitgleich mit der ersten Förderperiode des Exzellenzclusters ct.qmat, in dem die Uni Würzburg und die TU Dresden gemeinsam die topologische Physik in verschiedenen Systemen erforschen. ToCoTronics ist eine wichtige Säule des Exzellenzclusters. Es ist zu erwarten, dass die Synergien beider Großprojekte der JMU-Festkörper-Forschung einen Schub verleihen, der die Stellung der Universität als einen der weltweit führenden Forschungsstandorte festigt.

Prof. Dr. Björn Trauzettel, Institut für Theoretische Physik und Astrophysik der JMU, T +49 931 31-83638, trauzettel@physik.uni-wuerzburg.de

Prof. Dr. Ralph Claessen, Physikalisches Institut der JMU, T +49 931 31-85732, claessen@physik.uni-wuerzburg.de

https://www.physik.uni-wuerzburg.de/sfb1170/startseite/ Sonderforschungsbereich ToCoTronics

https://www.uni-wuerzburg.de/aktuelles/pressemitteilungen/single/news/spitzenfor… Für Laien aufbereitet: Informationen über den Forschungsgegenstand in ToCoTronics finden sich in der Pressemitteilung, die die JMU im Mai 2015 zum Start des SFB verbreitet hat.