MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Ein internationales Forschungsteam hat ein bemerkenswertes Phänomen in Quantenmaterialien entdeckt, das die Effizienz der Datenübertragung revolutionieren könnte.
Ein internationales Forschungsteam, bestehend aus Wissenschaftlern der Universitäten Würzburg und Dresden, hat ein faszinierendes Phänomen in Quantenmaterialien nachgewiesen, das die Zukunft der Datenübertragung maßgeblich beeinflussen könnte. Die Forscher beobachteten Elektronenwirbel im Impulsraum eines Halbmetalls, ein Phänomen, das vor acht Jahren theoretisch vorhergesagt wurde. Diese Entdeckung könnte den Grundstein für eine neue Art der Quantentechnik legen.
Der Impulsraum ist ein physikalisches Konzept, das die Bewegung von Teilchen anhand ihrer Energie und Bewegungsrichtung beschreibt. Im Gegensatz zum bekannteren Ortsraum, der den Aufenthaltsort der Teilchen beschreibt, bietet der Impulsraum eine alternative Perspektive auf die Dynamik von Elektronen. Die Forscher nutzten die winkelaufgelöste Photoemissionsspektroskopie (ARPES), um die wirbelartigen Strukturen im Halbmetall Tantal-Arsenid sichtbar zu machen.
Die Entdeckung dieser Elektronenwirbel im Impulsraum bestätigt die Theorie des Dresdner Festkörperphysikers Roderich Moessner, der bereits 2017 voraussagte, dass solche Strukturen in Halbmetallen möglich seien. Diese wirbelartigen Strukturen könnten eine neue Dimension in der Entwicklung der Orbitronik eröffnen, einer Technologie, die den Bahndrehimpuls der Elektronen zur Informationsübertragung nutzt.
Die Forscher kombinierten ARPES mit einer speziellen Form der Tomografie, um die dreidimensionale Struktur des orbitalen Bahndrehimpulses zu analysieren. Diese Methode ermöglichte es ihnen, die Elektronenwirbel im Impulsraum zu visualisieren und zu bestätigen, dass sie tatsächlich existieren. Diese Erkenntnisse könnten die Energieverluste bei der Datenübertragung erheblich verringern und die Effizienz elektronischer Bauteile steigern.
Das Exzellenzcluster ct.qmat, das von den Universitäten Würzburg und Dresden getragen wird, spielt eine zentrale Rolle in dieser Forschung. Seit 2019 erforschen mehr als 300 Wissenschaftler dort topologische Quantenmaterialien, die unter extremen Bedingungen einzigartige Phänomene offenbaren. Die aktuellen Ergebnisse wurden in Zusammenarbeit mit internationalen Forschern erzielt, darunter eine US-amerikanische Gruppe, die das untersuchte Halbmetall Tantal-Arsenid gezüchtet hat.
Die Entdeckung der Elektronenwirbel im Impulsraum könnte weitreichende Auswirkungen auf die Entwicklung der Orbitronik haben. Diese Technologie könnte die Grundlage für effizientere Datenübertragungssysteme bilden und die Energieverluste in elektronischen Bauteilen minimieren. Die Forscher hoffen, dass ihre Erkenntnisse zur Weiterentwicklung der Orbitronik beitragen und neue Möglichkeiten für die Informationsübertragung eröffnen werden.
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