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Neue Impulse für Quantentechnologien?

05.03.2025 13:33

Neue Impulse für Quantentechnologien?

Ein Team um Professor Dante Kennes, Inhaber des Lehrstuhls für Theoretische Physik der kondensierten Materie der RWTH Aachen, untersucht die ungewöhnliche Dynamik von Exzitonen in zweidimensionalen Materialstrukturen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Materials veröffentlicht.

Das Team um Professor Dante Kennes, Inhaber des Lehrstuhls für Theoretische Physik der kondensierten Materie, hat mit seiner Studie neue Einblicke in die Dynamik von Exzitonen (gebundene Teilchen-Loch-Paare) in spezielle zweidimensionale Materialstrukturen geliefert. Die Forschungsergebnisse könnten wichtige Impulse für zukünftige Quantentechnologien geben und wurden nun in der renommierten Fachzeitschrift Nature Materials veröffentlicht.

Zweidimensionale Materialstrukturen entstehen, indem zwei chemisch unterschiedliche Schichten übereinandergelegt werden. In einer solchen sogenannten Heterostruktur tritt ein Moiré-Interferenzbild auf dem Level der atomistischen Skala auf. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler stellten fest, dass dieses Interferenzbild die Quanteneigenschaften der Exzitonen massiv beeinflusst. Besonders bemerkenswert ist, dass sich stark abstoßende Exzitonen, wenn viele von ihnen nah zusammengebracht werden, nicht ausdehnen, sondern untereinander gebunden bleiben. Diese Bindung hält über 70 Nanosekunden an – eine außergewöhnlich lange Zeitspanne für quantenphysikalische Prozesse in Festkörpern.

„Dieser Effekt ist aus unserem Erfahrungskosmos heraus eher überraschend und zeigt, dass die Exzitonen kohärente Quanteneigenschaften haben, was relevant für zukünftige Quantentechnologien sein könnte“, fasst Kennes die Beobachtungen zusammen.

Für ihre Experimente nutzte das Team modernste Methoden wie transiente Photolumineszenz und ultraschnelle Reflexionsmikroskopie, um die Dynamik der Exzitonen präzise zu untersuchen.