![\"Neuer](\"https:\/\/www.europesays.com\/de\/wp-content\/uploads\/2025\/11\/1763612483_592_screen.jpeg\" "\\"Neuer")
<\/p>\n\n 19.11.2025 17:00\t<\/p>\n
Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen <\/p>\n
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Neuer Oberfl\u00e4chensupraleiter In Platinbismut (PtBi\u2082) geschieht etwas Au\u00dfergew\u00f6hnliches. Eine neue Studie von Forschenden des IFW Dresden und des Exzellenzclusters ct.qmat zeigt: Obwohl PtBi\u2082 wie ein gew\u00f6hnlicher, gl\u00e4nzend grauer Kristall aussieht, verhalten sich die Elektronen beim Durchqueren des Materials v\u00f6llig anders als erwartet. Ihre Paarbildung funktioniert anders als bei allen bisher bekannten Supraleitern. Besonders spannend: An den R\u00e4ndern der supraleitenden Fl\u00e4chen befinden sich Majorana-Teilchen, nach denen schon lange geforscht wird und die als fehlertolerante Qubits in Quantencomputern eingesetzt werden k\u00f6nnten.<\/p>\n In Platinbismut (PtBi\u2082) geschieht etwas Au\u00dfergew\u00f6hnliches. Eine neue Studie von Forschenden des IFW Dresden und des Exzellenzclusters ct.qmat zeigt: Obwohl PtBi\u2082 wie ein gew\u00f6hnlicher, gl\u00e4nzend grauer Kristall aussieht, verhalten sich die Elektronen beim Durchqueren des Materials v\u00f6llig anders als erwartet.<\/p>\n Bereits im Jahr 2024 konnte das Forschungsteam zeigen, dass die Ober- und Unterseite von Platinbismut supraleitend sind \u2013 Elektronen bilden also Paare und bewegen sich widerstandsfrei. Jetzt hat sich herausgestellt, dass diese Paarbildung anders funktioniert als bei allen bisher bekannten Supraleitern. Besonders spannend: An den R\u00e4ndern der supraleitenden Fl\u00e4chen befinden sich Majorana-Teilchen, nach denen schon lange geforscht wird und die als fehlertolerante Qubits in Quantencomputern eingesetzt werden k\u00f6nnten.<\/p>\n Drei Schritte zu einem einzigartigen topologischen Supraleiter<\/p>\n Drei Eigenschaften machen die Supraleitung von PtBi\u2082 so einzigartig.<\/p>\n Erstens: Einige Elektronen sind auf die obere und untere Materialoberfl\u00e4che beschr\u00e4nkt. Das ist eine sogenannte topologische Eigenschaft von PtBi\u2082, die aus den Wechselwirkungen zwischen Elektronen und der regelm\u00e4\u00dfig geordneten Atomstruktur entsteht. Entscheidend ist: Topologische Eigenschaften sind robust \u2013 sie lassen sich nur \u00e4ndern, wenn man die Symmetrie des gesamten Materials ver\u00e4ndert, etwa durch eine ge\u00e4nderte Kristallstruktur oder ein elektromagnetisches Feld.<\/p>\n In PtBi\u2082 erg\u00e4nzen sich die auf die Oberseite beschr\u00e4nkten Elektronen mit denen auf der Unterseite \u2013 unabh\u00e4ngig davon, wie viele Atomlagen dazwischen liegen. W\u00fcrde man den Kristall in zwei H\u00e4lften schneiden, w\u00fcrden auch die neuen Ober- und Unterseiten automatisch wieder komplement\u00e4re, oberfl\u00e4chengebundene Elektronen aufweisen.<\/p>\n Zweitens: Bei tiefen Temperaturen schlie\u00dfen sich diese Oberfl\u00e4chenelektronen zu Paaren zusammen und k\u00f6nnen sich ohne Widerstand bewegen. Die \u00fcbrigen Elektronen bleiben ungepaart und verhalten sich weiterhin normal. PtBi\u2082 ist somit ein nat\u00fcrliches Supraleiter-Sandwich \u2013 mit supraleitenden Oberfl\u00e4chen und einem normalen metallischen Inneren.<\/p>\n Die topologischen Eigenschaften dieser Oberfl\u00e4chenelektronen machen PtBi\u2082 zu einem topologischen Supraleiter. Nur wenige Materialien gelten bislang als Kandidaten f\u00fcr eine intrinsische topologische Supraleitung \u2013 f\u00fcr keines davon gibt es jedoch so \u00fcberzeugende experimentelle Belege wie f\u00fcr PtBi2.<\/p>\n Drittens: Neue, au\u00dfergew\u00f6hnlich hochaufl\u00f6sende Messungen aus dem Labor von Dr. Sergey Borisenko am Leibniz-Institut f\u00fcr Festk\u00f6rper- und Werkstoffforschung (IFW Dresden) zeigen, dass nicht alle Oberfl\u00e4chenelektronen gleicherma\u00dfen Elektronenpaare bilden. \u00dcberraschenderweise verweigern sich Elektronen, die sich entlang sechs symmetrischer Richtungen bewegen, dieser Paarbildung konsequent. Diese Richtungen spiegeln die dreifache Rotationssymmetrie wider, mit der die Atome an der Oberfl\u00e4che des Materials angeordnet sind.<\/p>\n In herk\u00f6mmlichen Supraleitern paaren sich alle Elektronen, unabh\u00e4ngig von ihrer Bewegungsrichtung. Manche unkonventionellen Supraleiter \u2013 etwa die f\u00fcr ihre hohen \u00dcbergangstemperaturen bekannten Kuprate \u2013 zeigen eine eingeschr\u00e4nktere Paarbildung mit vierfacher Rotationssymmetrie. PtBi\u2082 ist der erste Supraleiter, der eine Paarbildung mit sechsfacher Rotationssymmetrie aufweist.<\/p>\n \u201eDas haben wir noch nie gesehen. PtBi\u2082 ist nicht nur ein topologischer Supraleiter \u2013 auch die Elektronenpaarung, die diese Supraleitung erm\u00f6glicht, unterscheidet sich grundlegend von allen anderen bekannten Supraleitern\u201c, sagt Borisenko. \u201eWir wissen bislang nicht, wie diese Paarung genau zustande kommt.\u201c <\/p>\n R\u00e4nder fangen schwer fassbare Majorana-Teilchen ein <\/p>\n Die neue Studie zeigt au\u00dferdem, dass PtBi\u2082 einen neuen Weg er\u00f6ffnet, um die lang gesuchten Majorana-Teilchen zu erzeugen.<\/p>\n \u201eUnsere Berechnungen belegen, dass die topologische Supraleitung in PtBi\u2082 automatisch Majorana-Teilchen hervorbringt, die an den R\u00e4ndern des Materials gefangen sind. In der Praxis k\u00f6nnten wir k\u00fcnstlich Stufenkanten im Kristall erzeugen, um so viele Majoranas zu erzeugen, wie wir wollen\u201c, erkl\u00e4rt Prof. Jeroen van den Brink, Direktor des Instituts f\u00fcr Theoretische Festk\u00f6rperphysik am IFW Dresden und Gr\u00fcndungsmitglied des W\u00fcrzburg-Dresdner Exzellenzclusters ct.qmat. <\/p>\n Ein Paar aus zwei Majorana-Teilchen verh\u00e4lt sich wie ein einzelnes Elektron \u2013 getrennt jedoch sind sie etwas v\u00f6llig anderes. Dieses Prinzip der \u201egeteilten Elektronen\u201c bildet die Grundlage des topologischen Quantencomputings, das darauf abzielt, stabilere Qubits zu entwickeln. Die r\u00e4umliche Trennung der Majorana-Paare sch\u00fctzt sie vor St\u00f6rungen und Fehlern.<\/p>\n Nach der Entdeckung der einzigartigen Supraleitung von PtBi\u2082 und der damit verbundenen Majorana-Teilchen geht es nun darum, sie gezielt zu steuern. Wird das Material beispielsweise d\u00fcnner, ver\u00e4ndert sich die nichtsupraleitende \u201eSandwichf\u00fcllung\u201c und kann sich von einem leitenden Metall in einen Isolator verwandeln. Dadurch w\u00fcrden die nichtsupraleitenden Elektronen die Nutzung der Majoranas als Qubits nicht mehr beeintr\u00e4chtigen. Alternativ l\u00e4sst sich durch das Anlegen eines Magnetfelds die Energie der Elektronen verschieben, sodass sich die Majorana-Teilchen etwa von den R\u00e4ndern zu den Ecken des Materials bewegen k\u00f6nnten.<\/p>\n Leibniz-Institut f\u00fcr Festk\u00f6rper- und Werkstoffforschung Dresden<\/p>\n Das Leibniz-Institut f\u00fcr Festk\u00f6rper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW Dresden) ist eine eigenst\u00e4ndige au\u00dferuniversit\u00e4re Forschungseinrichtung und Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft. Rund 500 Mitarbeitende aus mehr als 35 Nationen erforschen die Physik und Chemie von Festk\u00f6rpern und Materialien, um neue Funktionen f\u00fcr Quantenmaterialien, 2D-Materialien und Technologien f\u00fcr Energieanwendungen zu entwickeln. In f\u00fcnf Instituten arbeitet ein interdisziplin\u00e4res Team aus Experimentalphysik, theoretischer Festk\u00f6rperphysik, Chemie, Werkstoffforschung und Elektrotechnik und verbindet grundlagenorientierte mit anwendungsnaher Forschung.<\/p>\n Exzellenzcluster ct.qmat<\/p>\n Das Exzellenzcluster ct.qmat \u2013 Complexity and Topology in Quantum Matter (Komplexit\u00e4t und Topologie in Quantenmaterialien) wird seit 2019 gemeinsam von der Julius-Maximilians-Universit\u00e4t W\u00fcrzburg und der TU Dresden getragen. Fast 400 Wissenschaftler:innen aus mehr als 30 L\u00e4ndern und von vier Kontinenten erforschen topologische Quantenmaterialien, die unter extremen Bedingungen wie ultratiefen Temperaturen, hohem Druck oder starken Magnetfeldern \u00fcberraschende Ph\u00e4nomene offenbaren. Das Exzellenzcluster wird im Rahmen der Exzellenzstrategie des Bundes und der L\u00e4nder gef\u00f6rdert \u2013 als einziges bundesland\u00fcbergreifendes Cluster in Deutschland.<\/p>\n Wissenschaftlicher Ansprechpartner:<\/b> Originalpublikation:<\/b>
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\n \u00a9 think-design | Jochen Thamm
\n | Download<\/a><\/b><\/p>\n
Katja Lesser
Pressesprecherin & Leitung Kommunikation
Exzellenzcluster ct.qmat
Tel: +49 351 463 33496
Email: katja.lesser@tu-dresden.de <\/p>\n
Topological nodal i-wave superconductivity in PtBi\u2082. S. Changdar, O. Suvorov, A. Kuibarov, S. Thirupathaiah, G. Shipunov, S. Aswartham, S. Wurmehl, I. Kovalchuk, K. Koepernik, C. Timm, B. B\u00fcchner, I. Cosma Fulga, S. Borisenko, J. van den Brink. Nature (2025), DOI: 10.1038\/s41586-025-09712-6 (https:\/\/www.nature.com\/articles\/s41586-025-09712-6<\/a>). (arXiv: https:\/\/arxiv.org\/abs\/2507.01774<\/a>)\n <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"19.11.2025 17:00 Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen Hinweis zur Verwendung von Bildmaterial: Die Verwendung des Bildmaterials zur Pressemitteilung ist bei…\n","protected":false},"author":2,"featured_media":588501,"comment_status":"","ping_status":"","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[135],"tags":[29,30,190,189,194,191,193,192],"class_list":{"0":"post-588500","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","5":"has-post-thumbnail","7":"category-wissenschaft-technik","8":"tag-deutschland","9":"tag-germany","10":"tag-science","11":"tag-science-technology","12":"tag-technik","13":"tag-technology","14":"tag-wissenschaft","15":"tag-wissenschaft-technik"},"share_on_mastodon":{"url":"https:\/\/pubeurope.com\/@de\/115580114430190934","error":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/588500","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=588500"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/588500\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/588501"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=588500"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=588500"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=588500"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}