US-Förderung für Augsburger Graphen-Forschung

Topologische Materialien unterscheiden sich von konventionellen Materialien dadurch, dass bei letzteren die opto-elektronischen Eigenschaften stark vom Grad der Verunreinigung durch Fremdatome abhängen. Diese Tatsache wird bei Halbleitern, etwa bei Silizium, gezielt genutzt, um ein bestimmtes Verhalten von opto-elektronischen Bauteilen festzulegen und auf dieser Basis unterschiedlichste Geräte – von der Präzisionstechnologie bis hin zur Elektronik des täglichen Bedarfs – zu fertigen.

In den letzten Jahren wurden nun aber auch Materialien entdeckt, sog. topologische Materialien, deren opto-elektronische Eigenschaften nur von zwei fundamentalen Naturkonstanten, von der elektrische Elementarladung und vom Planckschen Wirkungsquantum nämlich, bestimmt werden. Dadurch sind diese Eigenschaften für eine entsprechend große Klasse von Materialien invariant, also unveränderlich.

Ein typischer Vertreter dieser topologischen Materialien ist Graphen, ein aus Kohlenstoffatomen bestehender Film. Inzwischen ist bekannt, dass die invarianten Eigenschaften in Graphen ein Resultat des Zusammenspiels von einerseits Symmetrien und andererseits der Topologie interner Strukturen sind. Somit können sie mit Hilfe theoretischer Modelle gut erklärt werden.

Die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Klaus Ziegler am Augsburger Lehrstuhl für Theoretische Physik widmet sich seit mehreren Jahren dem Studium solcher Modelle mit dem Ziel, experimentell gewonnene Resultate zu analysieren und neue Materialeigenschaften vorherzusagen. Ein dabei erzieltes Ergebnis ist die Erkenntnis, dass sich die elektrische Leitfähigkeit von Graphen durch Vergrößerung der Probe, unabhängig von den gewählten Ausgangsbedingungen, immer einem universellen Wert nähert (Titelbild).

Die JSF for Physics Research mit Sitz in Los Angeles geht auf eine Initiative des theoretischen Physikers und Nobelpreisträgers des Jahres 1965 Julian Schwinger (1918-1994) zurück, nach dem sie später benannt wurde.

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