Forscher in allen Ländern sind ständig auf der Suche nach Möglichkeiten, das Wissen der Menschheit zu erweitern und bisherige Prozesse zu optimieren. Auch an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg ist das der Fall. In einem Exzellenzcluster in Zusammenarbeit mit der TU Dresden beschäftigt man sich bereits seit mehreren Jahren mit neuartigen Technologien.

Der Exzellenzcluster namens "ct.qmag", ausgeschrieben "Complexity and Topology in Quantum Matter" (deutsch "Komplexität und Topologie in Quantenmaterialien"), beschäftigt knapp 400 Wissenschaftler und konnte schon im Jahr 2019 mit "einer kleinen Sensation" aufwarten. Damals entdecken die Forscher um die damalige Juniorprofessorin Anna Isaeva mit der Verbindung "MnBi2Te4" (bestehend aus den Elementen Mangan, Bismut und Tellurit) den ersten Werkstoff mit eigenem Magnetfeld, was eine Weltneuheit darstellte.

"Atomare Fehlordnung": Normalerweise unerwünscht, hier ein Durchbruch

Dadurch, dass kein künstliches Magnetfeld zusätzlich erzeugt werden muss, bieten sich so eine Vielzahl neuer Möglichkeiten für nachhaltige und energiesparende elektronische Bauelemente. Mittlerweile werden diese Möglichkeiten weltweit analysiert. In einer Pressemitteilung des Clusters vom Dienstag (21. März 2023) heißt es jetzt, dass den Wissenschaftlern des Clusters ein erneuter "Meilenstein" gelungen sei. 

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Nach dem Erfolg im Jahr 2019 wurde weltweit nach weiteren, ähnlichen Stoffen gesucht, die ähnliche Kriterien erfüllen könnten. Insgesamt arbeiteten vier Gruppen am Nachfolgerstoff "MnBi6Te10". Das gewünschte Ergebnis erzielte aber nur das Forschungsteam des Exzellenzclusters. Im Gegensatz zu seinem Vorgänger sind die Atome anders angeordnet, wodurch ein noch stärkeres eigenes Magnetfeld entsteht. Zwar wird dieses Magnetfeld erst bei Temperaturen ausgelöst, die den Stoff als Bauteil noch nicht zulassen, der Würzburger Professor Vladimir Hinkov bezeichnet es aber als "den ersten Schritt auf einem noch langen Weg". 

Besonders erstaunlich an dieser Entdeckung ist, dass das Magnetfeld erst dadurch entsteht, dass sich die Atome so anordnen, dass man aus wissenschaftlicher Sicht von einer "Fehlordnung" spricht. Wenn Atome ihre natürliche Ordnung verlassen, wird das in der Regel als störend und wenig hilfreich empfunden. Auch deshalb, weil man geordnete Atomstrukturen laut Hinkov deutlich leichter berechnen und untersuchen kann. Isaeva erklärt den Sachverhalt dadurch, dass die magnetische Ordnung einzelner Atome "ansteckend" sei, wodurch sich andere Atome anpassen würden. So kommt es dann insgesamt zur Fehlordnung.

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Wissenschaftler aus Würzburg und Dresden mit großem Durchbruch

In diesem Fall ist diese "falsche" Ordnung allerdings ein Segen für die Wissenschaft. Durch dieses vermeintlich kleine Detail ist den Wissenschaftlern des Exzellenzclusters "ct.qmag" erneut ein großer Durchbruch in ihrer Forschung gelungen. Man darf gespannt sein, wie die Arbeit der Universitäten und auch weltweit auf diesem Gebiet weitergeht und was der Cluster in Zukunft noch hervorbringt.