Aufstieg der Quantenmaterialien: Von der Grundlagenforschung zur Quantentechnologie

Unsere Welt besteht aus Atomen, deren Eigenschaften durch die Gesetze der Quantenmechanik bestimmt werden. Ohne das Aufkommen der Quantenmechanik während der "ersten Quantenrevolution" zu Beginn des letzten Jahrhunderts würden die physikalischen Eigenschaften (z. B. Farbe, Leitfähigkeit oder Härte) von Materialien, auf denen unsere heutigen Technologien aufgebaut sind, schwer fassbar bleiben.
In den meisten Materialien, die wir aus unserem täglichen Leben kennen und manipulieren, sind Quantenaspekte wie Tunneling, Phasenkohärenz oder Verschränkung jedoch kaum wahrnehmbar und könnten als Laborbesonderheit erscheinen. Diese Effekte treten jedoch in vielen Aspekten der Physik von Quantenmateria lien auf, die beispielsweise Supraleiter, topologische Isolatoren oder Spinflüssigkeiten umfassen.
Die Suche nach einem Verständnis, der Entwicklung und der Manipulation dieser faszinierenden und ziemlich komplexen Phänomene in Materialien und Geräten ist einer der Eckpfeiler der beginnenden "zweiten Quantenrevolution", welche die kritische Informations- und Energietechnologien grundlegend verändern wird.
In diesem Vortrag wird eine pädagogische Einführung in die Physik und Phänomene der Quantenmaterialien gegeben, sowie in die Herausforderungen, mit denen wir beim Versuch, sie zu verstehen, konfrontiert sind. ... mehrIm zweiten Teil werden einige Beispiele für konkrete Anwendungen der exotischen Eigenschaften dieser Materialien vorgestellt.