Exotischen Quanteneffekten auf der Spur
Die Chemie bietet nahezu unbegrenzte Möglichkeiten. In unzähligen Varianten lassen sich Elemente zu neuen Stoffen kombinieren, und immer wieder zeigen neue Substanzen bislang unbekannte Eigenschaften. Für Physiker besonders reizvoll sind nicht zuletzt die zahllosen Kombinationen verschiedener Übergangs-Metalle mit Sauerstoff oder anderen Nichtmetallen, in denen etwa exotische Quanteneffekte auftreten. Genau solche Materialien erforschen die Wissenschaftler des Max Planck POSTECH Centers for Complex Phase Materials.
Sehr oft zeigen diese Verbindungen unterschiedliche Eigenschaften, wenn man die Temperatur, den angelegten Druck, magnetische und/oder elektrische Felder oder den Lichteinfall ändert. Diese Abhängigkeiten spiegeln sich in reichhaltigen – und damit komplexen – Phasendiagrammen wider, in denen sich der jeweilige Zustand eines Materials bei bestimmten Bedingungen wie einem bestimmten Druck oder einer bestimmten Temperatur erkennen lässt.
Die Forscher um Liu Hao Tjeng, Direktor am Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden, und Jae-Hoon Park, Professor an der POSTECH University im koreanischen Pohang, suchen nicht nur Wege, Materialien mit der jeweils gewünschten Zusammensetzung in möglichst reiner Form herzustellen, sie analysieren auch umfangreich deren Eigenschaften und entwickeln Modelle, um diese zu erklären. Daran beteiligen sich auch Wissenschaftler des Max-Planck-Institut für Festkörperforschung sowie führender Forschungungseinrichtungen in Taiwan.
Entscheidend für die Eigenschaften dieser komplexen Phasen ist das Verhalten der Elektronen, welche sich oft nicht unabhängig voneinander, sondern stark korreliert bewegen. Dieses Verhalten mit physikalischen Modellen, die in Formeln ausgedrückt sind, erklären und vorhersagen zu können, ist das Ziel der Kooperation. Denn erst wenn Physiker das auch für exotische Effekte können, verstehen sie die Eigenschaften der Materie in einem umfassenden Sinn. Und erst dann können sie Hinweise geben, welche unter all den möglichen chemischen Verbindungen für Anwendungen interessant sein könnten, wie etwa als Supraleiter oder vielleicht sogar für Anwendungen, an die heute noch keiner denkt.
Bild: Eingangsbereich an der Pohang University of Science & Technology, im Hintergrund Jae-Hoon Park, einer der Leiter des Max Planck-POSTECH Center for Complex Phase Materials. © dpa/MPG