{"id":16026,"date":"2025-05-02T13:17:04","date_gmt":"2025-05-02T11:17:04","guid":{"rendered":"https:\/\/cms.zdv.uni-mainz.de\/fb08-physics\/home\/physikalische-forschung\/forschungsfelder\/quantenmaterie-spintronik\/"},"modified":"2026-05-05T13:10:28","modified_gmt":"2026-05-05T11:10:28","slug":"quantenmaterie-spintronik","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/physics.uni-mainz.de\/de\/home\/physikalische-forschung\/forschungsfelder\/quantenmaterie-spintronik\/","title":{"rendered":"Quantenmaterie & Spintronik"},"content":{"rendered":"\n<\/jgu-base-pageheader>\n\n\n

Johannes Gutenberg-Universit\u00e4t Mainz<\/a> > Fachbereich <\/a>08<\/a> > Physik<\/a> > Physikforschung<\/a> > Forschungsfelder<\/a> > Quantenmaterie & Spintronik<\/p>\n\n\n\n

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Wenn Teilchen in Vielteilchensystemen beginnen, auf quantenmechanischer Ebene zu interagieren, wird es spannend – weit \u00fcber die Vorhersagen der klassischen Physik hinaus. Quantenmaterialien sind speziell entwickelte Systeme, die exotische elektronische, magnetische und optische Eigenschaften aufweisen, die durch diese kollektiven Quanteneffekte hervorgerufen werden. Ihr Verhalten wird durch die starke Wechselwirkung mit Elektronen und anderen Anregungen wie Phononen, Magnonen oder Photonen geformt. Dies f\u00fchrt zu neuartigen Ph\u00e4nomenen, die nicht verstanden werden k\u00f6nnen, wenn man einzelne Teilchen isoliert betrachtet. <\/p>\n\n\n\n

Die Forschung in diesem Bereich verschiebt die Grenzen sowohl der Grundlagenwissenschaft als auch der technologischen Innovation. Beispiele sind unkonventionelle Supraleiter, Quantenmagnete, Quantenspinfl\u00fcssigkeiten, topologische Materialien und komplexe magnetische Ordnungen. Ein aktueller Durchbruch war die Entdeckung von Altermagneten – eine neue Form der magnetischen Ordnung, die in Mainz entdeckt wurde – und die als wissenschaftlicher Durchbruch des Jahres 2024 ausgezeichnet wurde. <\/p>\n\n\n\n

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Die n\u00e4chste Generation der Informationstechnologie st\u00fctzt sich auf neue physikalische Ph\u00e4nomene im Nanobereich, wo Elektronenspins, -bahnen und -ladungen unter Quantenbedingungen interagieren. Unsere Forschung erforscht die physikalischen Grundlagen und praktischen Anwendungen von spinbasierten Ger\u00e4ten durch fortschrittliche Experimente und theoretische Modellierung. Wir untersuchen den Transport, die Injektion und die Manipulation von Spins in hochmodernen Materialsystemen wie magnetischen Monoschichten, Heterostrukturen und Nanostrukturen und konzentrieren uns dabei auf die entscheidende Rolle von Grenzfl\u00e4chen in Metallen, Halbleitern und Oxiden. Mit Hilfe einer industriell kompatiblen Abscheidungsplattform stellen wir Bauelemente mit magnetischen Tunnel\u00fcberg\u00e4ngen, Spinmomenten und quantenelektronischen Effekten her und untersuchen sie. Unsere Arbeit reicht von der Grundlagenforschung bei ultratiefen Temperaturen bis zur Zusammenarbeit mit der Halbleiterindustrie, um energieeffiziente Speicher-, Logik- und Sensortechnologien f\u00fcr zuk\u00fcnftige Anwendungen in der k\u00fcnstlichen Intelligenz und dar\u00fcber hinaus zu entwickeln. <\/p>\n\n\n\n \n\n \n\n

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Angetrieben von mathematischer Sch\u00f6nheit und \u00c4sthetik konzentriert sich die Wissenschaft oft auf hochsymmetrische Systeme. Ein genauerer Blick auf die Natur zeigt jedoch, dass gebrochene Symmetrie allgegenw\u00e4rtig ist, insbesondere in Form von Chiralit\u00e4t. Chiralit\u00e4t, eine fundamentale Eigenschaft, bei der Objekte in zwei nicht \u00fcberlagerbaren Spiegelbildern existieren, hat tiefgreifende Auswirkungen auf die Materialeigenschaften. Unsere Forschung untersucht den Einfluss der Chiralit\u00e4t auf die elektronischen und magnetischen Eigenschaften chiraler Systeme, wie chirale Kristalle und hybride chirale Molek\u00fcl-Magnet-Strukturen. Ein Hauptaugenmerk liegt auf der chiral induzierten Spin-Selektivit\u00e4t, bei der die H\u00e4ndigkeit eines Materials die Ausrichtung des Elektronenspins bestimmt. Dar\u00fcber hinaus stabilisieren chirale Wechselwirkungen in magnetischen Systemen neuartige, topologisch gesch\u00fctzte Spin-Texturen, darunter Skyrmionen. Durch die Erforschung der zugrundeliegenden Mechanismen wollen wir das Potenzial f\u00fcr innovative, funktionelle Ger\u00e4te erschlie\u00dfen, die die einzigartigen Eigenschaften der Chiralit\u00e4t in Quantenmaterie nutzen. <\/p>\n\n\n\n \n\n \n\n

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Nicht-Gleichgewichtsph\u00e4nomene, die auf einer Zeitskala von Femtosekunden bis Nanosekunden auftreten, k\u00f6nnen mit optischer\/THz-Spektroskopie auf dem Tisch oder mit hellen Femtosekunden-R\u00f6ntgenpulsen, die in Freie-Elektronen-Laser-Anlagen (XFEL) erzeugt werden, untersucht werden. Diese fortschrittlichen Techniken bieten tiefe Einblicke in die ultraschnelle Dynamik von elektronischen, Gitter- (Schwingungs-) und Spin-Freiheitsgraden. Sie erm\u00f6glichen es uns, atomare Bewegungen zu visualisieren und das Aufbrechen molekularer Bindungen zu \u00fcberwachen sowie die Entwicklung makroskopischer Ordnungsparameter und lichtinduzierter Phasen\u00fcberg\u00e4nge zu erforschen. <\/p>\n\n\n\n

Unsere Forschungsgruppen sind in einem breiten Spektrum der ultraschnellen Wissenschaft t\u00e4tig, das weiche und harte kondensierte Materie, Strukturbiologie und Materialwissenschaften umfasst. Wir betreiben hochmoderne ultraschnelle optische Labors und sind an XFEL-Anlagen stark vertreten. Wir tragen sowohl zu innovativen Experimenten als auch zur Entwicklung von Endstationen der n\u00e4chsten Generation bei, insbesondere im Bereich der zeitaufgel\u00f6sten Impulsmikroskopie. <\/p>\n\n\n\n \n\n \n\n

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