Der Quanten-Hall-Effekt gehört zu den bekanntesten Beispielen für ein Quantenphänomen, das in einem wirklich makroskopischen Maßstab auftritt. Aufgrund seiner Robustheit ist der Quanten-Hall-Effekt für Anwendungen von enormer Bedeutung. Es wird heutzutage beispielsweise als „Goldstandard“ zur Messung elektrischer Widerstände verwendet. Noch wichtiger ist, dass der Quanten-Hall-Effekt als Drosophila für die topologische Physik angesehen werden kann und, dass zahlreiche topologische Materiezustände verstanden werden können, die auf den grundlegenden Erkenntnissen aufbauen, die im Zusammenhang mit den Quanten-Hall-Effekten in den letzten Jahrzehnte gewonnen wurden.
Traditionell wurde der Quanten-Hall-Effekt ausschließlich mit zweidimensionalen Metallen in Verbindung gebracht. Jetzt haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden, an der Technischen Universität Dresden, am Brookhaven National Laboratory in New York, am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, an der Universität der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und am Würzburg-Dresden Excellenzcluster ct.qmat einen neuen stark korrelierten elektronischen Zustand in einem dreidimensionalen Metall entdeckt, der ein enger Verwandter des zweidimensionalen Quanten-Hall-Zustands ist.
Hall-Widerstand (Resistivity) als Funktion des Magnetfelds (Magnetic Field) bei 2 K in Einheiten der Planck-Konstante h, der Elementarladung e und des Fermi-Wellenvektors entlang des Magnetfelds kF,z.
Hall-Widerstand (Resistivity) als Funktion des Magnetfelds (Magnetic Field) bei 2 K in Einheiten der Planck-Konstante h, der Elementarladung e und des Fermi-Wellenvektors entlang des Magnetfelds kF,z.
Das Team fand Signaturen eines unkonventionellen Hall-Effekts im Quantenlimit des Bulk-Metalls HfTe5, der neben dem dreidimensionalen Quanten-Hall-Effekt eines einzelnen Elektronenbandes bei niedrigen Magnetfeldern auftritt. Die zusätzliche plateau-artigen Signaturen in der Hall-Leitfähigkeit des niedrigsten Landau-Niveaus wird von einem Shubnikov-de-Haas-Minimum im longitudinalen elektrischen Widerstand begleitet, und skaliert mit 3/5 auf die Höhe des letzten Plateaus des dreidimensionalen Quanten Hall-Effekt. Die Ergebnisse stimmen mit starken Elektron-Elektron-Wechselwirkungen überein, die eine unkonventionelle Variante
Angesichts der Tatsache, dass topologische Zustände der Materie für unser Verständnis zweidimensionaler Systeme von größter Bedeutung waren, versprechen diese neuen Erkenntnisse aufregende zukünftige Erkenntnisse. Die Untersuchung der neuartigen Eigenschaften der Quanten-Hall-Physik in dreidimensionalen Metallen könnte es Wissenschaftlern nicht nur ermöglichen, besser zu verstehen, wie weit sich das mysteriöse Reich der Quanten-Hall-Physik ausbreitet, sondern auch die Erforschung stark korrelierter topologischer Zustände in dreidimensionalen Materialien im Allgemeinen vorantreiben.
Das Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe verabschiedet mit großer Anerkennung Claire Donnelly, die ab 1. September 2026 als Full Professor für „Multidimensional Nanomaterials“ in das Department of Materials an der ETH Zürich wechselt.
Im Rahmen einer internationalen Forschungskooperation wurden die elektronischen Eigenschaften von fast 9.000 atomar dünnen Materialien kartiert und mehr als 1.600 Kandidaten identifiziert, die als Bausteine für neue verdrehte Quantensysteme dienen könnten. Die beiden Studien, die kurz nacheinander in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurden, bieten einen systematischen Ansatz für die Suche nach Materialien, in denen durch Verdrehung neue Formen kollektiven Quantenverhaltens entstehen könnten. Forscher am Max-Planck-Institut für chemische Physik fester Stoffe in Dresden trugen dazu bei, vielversprechende theoretische Kandidaten in für Experimente geeignete Kristalle umzuwandeln.
Das Kagome-Metall LuCo₆Ge₆ weist entlang verschiedener kristallographischer Richtungen entgegengesetzte Ladungsträgerpolaritäten auf, wodurch auch ohne Magnetfelder eine riesige transversale thermoelektrische Reaktion entsteht. Diese Entdeckung begründet ein neues Konstruktionsprinzip, das die elektronischen Strukturen vonMaterialien mit…
Ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Chemische Physik fester Stoffe hat einen neuen Weg gefunden, altermagnetische Ordnung durch eine gezielte Verzerrung des Kristallgitters direkt zugänglich zu machen.
Ein neues Arsenid mit zwei magnetischen Phasen zeigt aufgrund der Flexibilität seiner Kristallstruktur ein unkonventionelles thermoelastisches Verhalten.
Ein internationales Team unter der Leitung von Steffen Wirth deckt entscheidende Oberflächenumgestaltungen bei CeB6 auf, die das elektronische Verhalten beeinflussen.
Die direkte Beobachtung der Magnetisierungsdynamik in 3D-Nanostrukturen, die der DNA ähneln, zeigt resonante Schwingungen und ein vielfältiges Modenspektrum, wobei Simulationen belegen, dass die Geometrie als wirkungsvoller Abstimmungsparameter dienen kann.
Durch die synergetische Zusammenarbeit von Theorie und Experiment wurde eine neue Familie von Materialien entdeckt, die exotische Topologie mit der Physik schwerer Fermionen verbindet.
