Eine Bühne für die Tänze der Elektronen
Elektrische Leiter, die Strom bei Temperaturen von flüssigem Stickstoff ohne Widerstand transportieren, Katalysatoren, die chemische Reaktionen in eine gewünschte Richtung lenken oder gar erst möglich machen, und Stoffe mit außergewöhnlichen magnetischen Eigenschaften – die Forscher am Max Planck-UBC Center for Quantum Materials widmen sich Materialien, deren Potenzial für technische Anwendungen sich aus der Quantennatur ihrer Teilchen ergibt.
Quanteneffekte bestimmen das kollektive Verhalten der Elektronen in widerstandslosen Supraleitern, selektiven Katalysatoren und magnetischen Verbindungen. Sie können aber auch zu exotischeren Zuständen führen, in denen Elektronen ähnlich wie Teilchen in einem Flüssigkristall beweglich sind und gleichzeitig Merkmale einer kristallinen Ordnung aufweisen.
Vor allem Wissenschaftler der Abteilung Festkörper-Spektroskopie von Bernhard Keimer am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart und des Advanced Materials and Process Engineering Laboratory (AMPEL) unter George A. Sawatzky an der University of British Columbia in Vancouver vertiefen ihre Zusammenarbeit am Max Planck-UBC Center. Darüber hinaus beteiligen sich weitere Gruppen der University of British Columbia sowie Wissenschaftler von insgesamt zehn Max-Planck-Instituten an der Kooperation, darunter das Max-Planck-Institut für chemische Physik fester Stoffe in Dresden und das Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin. „Die experimentellen Methoden, die die Partner teilweise selbst entwickeln, und die theoretischen Interessen ergänzen sich am Max Planck-UBC Center äußerst gewinnbringend für alle beteiligten Institutionen“, sagt Bernhard Keimer, Direktor am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung.
In ihren Untersuchungen schenken die Physiker, Chemiker und Materialwissenschaftler des Centers Oxiden der Übergangsmetalle besondere Aufmerksamkeit, weil in diesen Materialien viele der Quanteneffekte wie unkonventionelle Supraleitung oder elektronische Flüssigkristalle auftreten, die ihre Neugier wecken. Und sie studieren diese Phänomene nicht nur im Inneren ihrer Probenmaterialien, sondern auch an deren Oberflächen und an den Grenzen zwischen verschiedenen chemischen Verbindungen. Denn dort bietet sich eine Bühne für besondere Tänze der Elektronen, da sich diese an Oberflächen und Grenzflächen oft anders als im Inneren eines Materials verhalten. Gerade für Anwendungen in der Elektronik und der Katalyse sind elektronische Oberflächenphänomene sehr wichtig.
Mit der Forschung an einigen unter Physikern derzeit besonders hoch gehandelten Themen verbindet das Center ein weiteres Ziel, dem sich die Max-Planck-Gesellschaft und die University of British Columbia gleichermaßen verschrieben haben: „Mit dem Max Planck UBC Centre for Quantum Materials schaffen wir eine Plattform, auf der nicht nur führende Materialforscher aus Kanada und Deutschland ihre Kompetenz bündeln, sondern insbesondere auch Nachwuchswissenschaftler aus beiden Ländern ausgebildet und gefördert werden“, sagte Peter Gruss, der führere Präsident der Max-Planck-Gesellschaft, während der Einweihung des Centers.
Bild: George A. Sawatzky, Co-Direktor des Max Planck Center, an der UBC in Vancouver. © dpa/MPG