Ein vom KIT koordiniertes EU-Projekt hat die Weiterentwicklung eines störungsunempfindlichen quantenlimitierten Mikrowellenverstärker-Bauelements ("TruePA": "Truly Resilient Quantum Limited Traveling Wave Parametric Amplifiers") zum Ziel, das als Schlüsselkomponente zur Verstärkung von schwachen elektromagnetischen Signalen in Quanten-Kryptographie, -Kommunikation oder -Computing eingesetzt werden könnte.

Für eine Sub-Monolage von Fe(II)-Spin Crossover (SCO)-Komplex-Molekülen, die auf durch eine Au-Monolage passivierten Co-Filmen auf Au(111) deponiert wurden, wurde gezeigt, dass die SCO-Komplexe im Zustand mit hohem Spin (HS) ferromagnetisch mit dem ferromagnetischen CO-Film wechselwirken, aber dennoch in den Zustand mit niedrigem Spin (LS) umgeschaltet werden können.

Die Substitution von Co²⁺-Ionen in Methylammonium-Blei-Triiodid (MA(Pb:Co)I₃) bewirkt ein magnetisches Verhalten des Materials, das aber zumindest bei geringen Co-Konzentrationen seine photovoltaische Leistungsfähigkeit beibehält.

Die Herstellung von Ni-armen (“NCM111”, LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂) und Ni-reichen (“NCM811” LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂) Lithium-Übergangsmetall-Oxiden wurde mittels in-situ-Synchrotron-Pulverdiffraktion und Nahkanten-Röntgenabsorptions-Feinstruktur-Spektroskopie untersucht.

Mit STM konnte die Elektrolumineszenz von direkt auf einem Au(111)-Substrat deponierten einzelnen 2,6-core-substitutierten Naphthalen-Diimid-Moleküle aktiviert werden.

Für BaNi₂As₂ konnte mittels energieaufgelöster inelastischer Röntgenstreuung und direkten Vergleich mit ab-initio-Dichtefunktional-Rechnungen eine Phonon-Instabilität als Ursache für den Übergang in den Inkommensurable-Ladungsdichtewellen-Zustand ermittelt werden.

Durch Deposition einer 20 nm dünnen Schicht aus granularem Aluminium und lithographischer Strukturierung von 20 nm breiten Nanobrücken wurden nanoskopische Josephsonkontakte hergestellt, die sich in einer einfachen Qubit-Schaltung mit Kohärenzzeiten im Mikrosekundenbereich als gleichwertig zu den derzeit hierfür verwendeten Al–AlO_x–Al Supraleiter-Isolator–Supraleiter (SIS) erwiesen und technische Vorteile für den Aufbau komplexere Qubit-Schaltung bieten.

Die anisotrope Abhängigkeit des elektrischen Transportverhaltens von BaNi₂(As_1-xP_x)₂ (0 ≤ x ≤ 0.10) von der Zugbelastung wird nicht wie bei den Fe-basierten Supraleitern auf die Ankopplung der elektronischen Nematizität an das Kristallgitter sondern auf den uniaxialen Charakter der inkommensurablen Ladungsdichtewellen-Phase (I-CDW) zurückgeführt.

A.-A. Haghighirad gehört wie schon in den beiden Vorjahren auch in diesem Jahr zusammen mit fünf weiteren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des KIT zu den "Highly Cited Researchers" des Jahres 2022, einer Rangliste, die die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aufführt, deren Publikationen zwischen Januar 2011 und Dezember 2021 am häufigsten zitiert wurden.

Magnetotransportuntersuchungen von dünnen FeSe-Plättchen zeigen eine ungewöhnliche Asymmetrie der Beweglichkeiten von Elektronen und Löchern in der nematischen elektronischen Phase: Die lochartigen Quasiteilchen sind im Vergleich zu dem Verhalten in FeSe Volumenproben leichter und haben eine um einen Faktor 3 reduzierte Quantenstreuzeit, wohingegen die negativen Ladungsträger bei Verringerung der Dimensionalität immer stärker lokalisiert werden.

In BaNi₂As₂ wurde eine starke Aufspaltung von zweifach entarteten Phononenlinien im Temperaturbereich weit oberhalb der Symmetriebrechung beobachtet, die einem dynamischen Effekt zugeordnet wird, nämlich einer besonders starken Kopplung dieser Phononen an Fluktuationen zwischen entarteten nematischen Elektronen-Konfigurationen.

Einzelne mit Dichlorbenzol-Molekülen modifizierte und mit Graphen-Elektroden kontaktierte (7, 5)-Kohlenstoff-Nanoröhren zeigten in Elektrolumineszenz-Spektroskopie elektrisch erzeugte defekt-induzierte Emissionen, die sich durch eine angelegte Gatter-Spannung steuern und im Vergleich zu nicht modifizierten Nanoröhren stark zu kleineren Wellenlängen hin verschieben ließen.

Mit Hilfe einer auf Piezoaktoren basierenden Messanordnung wurde experimentell das Phasendiagramm von Sr₂RuO₄ ermittelt, indem Vorzeichenwechsel der elastokalorischen Antwortfunktion als Funktion der Temperatur als Phasenübergänge identiziert werden konnten.

Wolfgang Wernsdorfer wurde als einer von 16 im Vorjahr ausgewählten ausländischen Wissenschaftlern in die französische Académie des sciences aufgenommen.

Der charakteristische Wellenwiderstand von langen Josephson-Kontakten konnte durch die Verwendung von dünnen Filmen eines Supraleiters mit einer hohen kinetischen Induktivität um eine Größenordnung erhöht werden, sodass diese Kontakte nun bei vielen Anwendungen in der Supraleitungselektronik eingesetzt werden können.

Neue Molekülkristalle mit Seltenerd-Ionen weisen um 3 bis 4 Größenordnungen schmalere optische Linienbreiten auf als alle bisher bekannten Molekülsysteme und eignen sich damit als Spin-Photon-Schnittstellen für photonische Quantentechnologien.

Inelastische Neutronenstreuung deutet auf die Ausbildung von Landau-Niveaus für Magnonen in der Skyrmion-Phase of MnSi hin.

In SrIrO₃/LaCoO₃-Heterostrukturen konnte in der SrIrO₃-Schicht durch Proximity-Effekt vom ferromagnetischen isolierenden LaCoO₃ hervorgerufener Ferromagnetismus und ein starker, intrinsischer und positiver anomaler Hall-Effekt beobachtet werden.

Jörg Schmalian wurde mit dem John-Bardeen-Preis 2022 ausgezeichnet.

Starke Renormierung der Lebensdauer von atomaren Gitterschwingungen, Phononen, kann ohne einen Nesting-Effekt der Fermifläche oder stark anharmonische Gitterwechselwirkungen auftreten, wenn die Kopplung zwischen Phononen und Elektronen stark vom Impuls der elektronischen Zustände abhängt.

In Li_aNi_xMn_yCo_zO₂ (a ≈ 1 ; x + y + z ≈ 1), einem Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Mischoxid ("NMC"), wie es aktuell in den meisten E-Bikes und Elektroautos als Batteriematerial verwendet wird, wurde der Ladungszustand der verschiedenen Ionen in allen Batterie-Ladezuständen über eine große Anzahl von Betriebszyklen untersucht.

In FeSe_1-xS_x mit x = 0.11 wurden Anzeichen einer Quanten-Griffiths-Phase gefunden, die durch die räumlich ungeordnete Verteilung der Se- und S-Atome verursacht wird.

In Bis(phthalocyaninato)dysprosium (DyPc₂)-Einzelmolekülen auf Au(111) konnte das Dy-Moment mittels milli-Kelvin-Rastertunnelmikroskopie ausgelesen werden.

In einer Zusammenarbeit von KIT und Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) wurden die Auswirkungen natürlicher Radioaktivität auf den Betrieb von supraleitenden Qubit-Schaltungen untersucht.

Mittels Elektromigration konnte der normalleitende Widerstand R_N von Al-Nanodrähten gezielt um bis zu 3 Größenordnungen abgesenkt und hierdurch wahlweise isolierendes, metallisches oder supraleitendes Verhalten eingestellt werden, wodurch Quantenphasenschlupf-Verhalten ("QPS") von supraleitenden Nanodrähten gezeigt werden konnte.

Mittels einer auf dem piezoelektrischen Effekt beruhenden Dehnungszelle konnte bei der Messung des elektrischen Widerstands von CsFe₂As₂ die thermische Ausdehnung neutralisiert und dadurch ein in der Fe₂As₂-Schichtebene weitgehend symmetrisches Antwortverhalten des Elektronensystems beobachtet werden.

Im Absorptionsspektrum eines auf zwei Eu(III)-Ionen basierenden Molekülkomplexes konnte ein langlebiges spektrales Loch gebrannt werden, was eine effiziente Polarisation des Grundzustands der Spins der Seltene-Erden-Ionen belegt.

Mittels Raman-Streuung wurden die nematischen Fluktuationen in FeSe_1-xS_x-Einkristallen als Funktion des Schwefelgehalts x zu beiden Seiten des nematischen quantenkritischen Punkts (QCP) x_c ≈ 0.17 untersucht.

Das über Raman-Streuung ermittelte dynamische Verhalten der Elektronen und Löcher in SrIrO₃ konnte gut mit der phänomenologischen Theorie der marginalen Fermi-Flüssigkeit mit frequenzunabhängigen Streuraten nahe dem Planckschen Limit beschrieben werden.

Ein neuer überregionaler Forschungsverbund (SFB-TRR) ELASTO-Q-MAT zwischen dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT), der Goethe-Universität Frankfurt, der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz, dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz und dem Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden wird Quantenmaterialien untersuchen, deren Eigenschaften sich durch elastische Verformung drastisch ändern lassen.

Für FeSe und Ba(Fe_1-xCo_x)₂ As₂ (x = 0.03, 0.06) wurde mittels inelastischer Röntgenstreuung die Dispersion des weichen transversal-akustischen Phonons gemessen und daraus die nematische Korrelationslänge ξ abgeleitet.

In FeSe_0.89S_0.11 wurde beim nematischen Quantenphasenübergang eine Veränderung der Fermiflächen als Funktion des angelegten Drucks beobachtet, die einen Lifshitz-Übergang zwischen zwei unterschiedlichen Supraleitungsphasen belegt.

Mit ferromagnetischen FePt-Nanopartikeln wurde bei Raumtemperatur ein Energieprodukt von 80 MGOe, deutlich über dem bisheriger Rekord von 59 MGOe in NdFeB, erreicht.

Mittels hochauflösender inelastischer Röntgenstreuung wurde am Hochtemperatur-Supraleiter YBa₂Cu₃O_6.67 unter uniaxialer Druckbelastung auch ohne ein starkes Magnetfeld in a-Achsen-Richtung eine drei-dimensionale Ladungsdichtewelle (CDW) beobachtet.

Bei der Untersuchung der Gitterschwingungen in Streifen-geordnetem La_2-xBa_xCuO₄ und deren Kopplung an die Ladungsdichtewelle ("CDW"). zeigte sich, dass die bei hohen Temperaturen auftretenden CDW-Fluktuationen eine andere Periodizität als die statische CDW besitzen, aber die gleiche Periodizität wie YBa₂Cu₃O_6+δ.

Das magnetische Phasendiagramm von KFe₂As₂ in der Umgebung des oberen kritischen Felds belegt bei exakter Ausrichtung des Felds entlang der FeAs-Lagen mit einem deutlich zweifachen Übergang und einer charakteristischen Aufwärtsbiegung des Verlaufs des oberen kritischen Felds weit über den Pauli-Grenzwert 4.8 T die Existenz eines Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov-Zustands ("FFLO").

Bei BaFe₂As₂ weisen die Anisotropien der magnetischen Suszeptibilität und des elektrischen Widerstands bei Anlegen einer starken symmetriebrechenden Dehnung auf eine dominante Rolle des Magnetismus in der Hierarchie der auf magnetischen, aber auch orbitalen, Gitter- und nematischen Freiheitsgraden beruhenden Wechselwirkungen hin.

Mit TiO_x-Nanoröhren-Schichten auf Multisensor-Array-Chips bei Betriebstemperaturen bis zu 400°C konnte eine vielversprechende Empfindlichkeit und Selektivität hinsichtlich organischer Dämpfe im ppm-Bereich gezeigt werden.

Raman-Streuung und Neutronenstreuung liefern starke Anhaltspunkte für exzitonischen Magnetismus in Ca₂RuO₄.

Die Elektron-Phonon-Wechselwirkung im metallischen Oberflächenzustand der 3D Topologischen Isolatoren Bi₂Se₃ und Bi₂Te₃ kommt durch optische Moden mit polarem Charakter zustande, der nur schwach von dem metallischen Oberflächenzustand abgeschirmt wird.

Aus den Tunnelspektren von LiFeAs als direkten Erfassung der elektronischen und bosonischen Anregungen über Rastertunnelmikroskopie wurde eine starke Evidenz für einen nichtkonventionellen Paar-bildungsmechanismus, wahrscheinlich über magnetische Anregungen abgeleitet.

Die beobachtete erhöhten Entropie von CePdAl bei Anlegen eines Magnetfelds , die wird auf eine Unterdrückung der Kondo-Abschirmung der Ce-Momente zurückgeführt.

Der auszlig;erordentlich große, stark anisotrope anomale Hall-Effekt von antiferromagnetischen Mn₅Si₃-Einkristallen zeigt mehrfache Übergänge mit Vorzeichenwechsel bei verschiedenen Magnetfeldern aufgrund feldinduzierter Umordnung der magnetischen Struktur bei nur sehr geringer Veränderung der Gesamtmagnetisierung.