Aufbruch in neue Welten: Zukunftselektronik und Quantencomputer

Die Graduiertenschule „Materials Science in Mainz“ (MAINZ) der Johannes Gutenberg-Universität Mainz zeichnet Professor Shoucheng Zhang von der kalifornischen Stanford University mit dem mit 20.000 Euro dotierten Gutenberg Research Award 2010 aus.

Zhang erhält den Preis für seine herausragende Forschung zu topologischen Isolatoren, die erst vor knapp fünf Jahren entdeckt wurden. Aufgrund ihrer Eigenschaften können sie für die Zukunftselektronik „Spintronik“ und zur Informationsverarbeitung in Quantencomputern genutzt werden. Im Gegensatz zu digitalen Computern beruht die Funktion eines Quantencomputers auf den besonderen Gesetzen der Quantenmechanik. Aktuelle Studien legen nahe, dass bestimmte Probleme der Datenverarbeitung, wie beispielsweise die Suche in extrem großen Datenbanken oder die Produktzerlegung extrem langer Zahlen – ein Problem, das für die Sicherheit der E-Mail-Übermittlung von erheblicher Relevanz ist – mit Quantencomputern wesentlich effizienter gelöst werden können als mit klassischen Computern. „Mit Professor Shoucheng Zhang hat die Graduiertenschule Materials Science in Mainz einen herausragenden Wissenschaftler mit dem Gutenberg Research Award 2010 ausgezeichnet.

Seine Forschungsschwerpunkte sind zugleich wissenschaftliche Schwerpunktgebiete unserer Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler. Auf diese Weise ergibt sich eine ertragreiche Kooperation mit der Graduiertenschule MAINZ“, betont Univ.-Prof. Dr. Mechthild Dreyer, Vizepräsidentin für Studium und Lehre der Universität Mainz.

Die Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Mainz und Stanford ist bereits etabliert: So ist erst vor einem Monat in der renommierten Zeitschrift Nature Materials die gemeinsame Veröffentlichung „Tunable multifunctional topological insulators in ternary Heusler compounds“ [Multifunktionale topologische Isolatoren in der Klasse der ternären Heusler-Verbindungen] erschienen. Bereits Mitte letzten Jahres stellten Claudia Felser und Shoucheng Zhang fest, dass durch die Zusammenführung der Mainzer Expertise über Heusler-Verbindungen mit der Idee der topologischen Isolatoren Materialien mit neuen physikalischen Effekten erzeugt werden können. Darüber hinaus veranstaltet die Graduiertenschule MAINZ zusammen mit der Stanford University und IBM im August die Sommerschule „SpinAge 2010” in Watsonville, Kalifornien, die von Claudia Felser, Shoucheng Zhang und Stuart Parkin, Preisträger des Gutenberg Research Award 2008, organisiert wird. „Nicht nur auf der Ebene der Wissenschaftler soll ein Austausch gelebt werden, wir möchten auch, dass Doktoranden aus MAINZ, Stanford und von IBM zusammenkommen und gemeinsam über explorative neue Forschungsfelder diskutieren“, beschreibt Professor Zhang das Anliegen der internationalen Summer School 2010. „Genau diesen Effekt soll der Gutenberg Research Award haben – er soll Initialzünder sein für Kollaborationen zwischen Preisträgern und Wissenschaftlern der Graduiertenschule MAINZ“, ergänzt Professorin Dr. Claudia Felser, Direktorin der Graduiertenschule „Materials Science in Mainz“. „Bemerkenswert an der Forschung von Prof. Shoucheng Zhang ist die Überführung von Ideen aus der Elementarteilchenphysik in die Festkörperphysik“, betont Prof. Dr. Laurens Molenkamp von der Universität Würzburg in seiner Laudatio für den Preisträger. „Besonders schnell konnten die theoretischen Vorhersagen von Prof. Zhang experimentell bestätigt werden.“

Professor Shoucheng Zhang studierte Physik an der Humboldt-Universität zu Berlin und promovierte im Jahr 1987 an der State University of New York. Danach war er zunächst forschend an der University of California Santa Barbara und dem IBM Almaden Research Center in San Jose tätig, bevor er im Jahr 1993 eine Professur an der Stanford University antrat. Er ist international anerkannt als einer der führenden Forscher auf dem Gebiet der Physik der kondensierten Materie und hat entscheidende Beiträge zum Quantum-Hall-Effekt, zu Hochtemperatursupraleitern und Quantenmagnetismus geleistet. In den letzten Jahren hat seine theoretische Arbeit das neue Feld der topologischen Isolatoren und Supraleiter eröffnet. Seine theoretische Vorhersage der Eigenschaften topologischer Isolatoren wurde vor Kurzem von Forschern der Arbeitsgruppe um Professor Dr. Laurens Molenkamp an der Universität Würzburg experimentell bestätigt. Für diese zukunftsträchtige Entdeckung werden Zhang und Molenkamp am 1. September 2010 mit dem angesehenen Europhysics Prize der European Physical Society ausgezeichnet.

Die Graduiertenschule MAINZ vergibt den Gutenberg Research Award und den Gutenberg Lecture Award jährlich an herausragende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf dem Gebiet der Materialwissenschaften. Die Preisträger werden von Wissenschaftlern, die an MAINZ beteiligt sind, nominiert und durch das Leitungsgremium der Graduiertenschule ausgewählt. MAINZ wurde in der Exzellenzinitiative im Jahr 2007 bewilligt und besteht aus Arbeitsgruppen der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, der Technischen Universität Kaiserslautern und des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung. Exzellente Doktorandinnen und Doktoranden der Naturwissenschaften aus dem In- und Ausland erhalten durch die Graduiertenschule eine herausragende Ausbildung auf dem Gebiet der Materialwissenschaften.