Institut für QuantenMaterialien und Technologien (IQMT)


Willkommen am IQMT

Moderne Elektronik basiert auf halbleitenden Materialien, in denen das Verhalten der Elektronen sehr gut durch die Gesetze der Quantenmechanik beschrieben wird, wie sie zu Beginn des 20. Jahrhunderts entwickelt wurde. Viele andere ungewöhnliche Aspekte der Quantenphysik wie die Quantenkohärenz, die Überlagerung oder Verflechtung von Zuständen eröffnen grundlegend neue Perspektiven auf eine 'zweite Quantenrevolution' auf den Gebieten der Informations-, Kommunikations- und Computer-Technologie. Die Beobachtung dieser Phänomene in normalen Materialien ist schwierig und stellt ein noch weitgehend unerforschtes Arbeitsgebiet dar.

Am Institut für QuantenMaterialien und Technologien (IQMT) sollen in enger Zusammenarbeit von Theorie und Experiment solche Quantenphänomene in Festkörper- und Molekülsystemen untersucht werden und an einer Umsetzung in neuartige Bauelemente gearbeitet werden, die als Bausteine zukünftiger Quantentechnologien Verwendung finden könnten.

 

Herausragende Veröffentlichungen / Neuigkeiten

A. Haghighirad ist auch 2022 "Highly Cited Researcher

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.

Lokalisierung der Elektronen in der nematischen Phase

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.

PNAS 119 (2022) 2200405

Elektronische nematische Flüssigkeit in BaNi2As2

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.

Nat. Commun. 13 (2022) 4535

Elektrolumineszenz von einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren mit Quantendefekten

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.

ACS Nano (2022)

Elastokalorische Bestimmung des Phasendiagramms von Sr2RuO4

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.

Nature 607 (2022) 276

Wolfgang Wernsdorfer Mitglied der Académie des sciences

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

Fluxonen in Hochimpedanz-Josephson-Langkontakten

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.

Appl. Phys. Lett. 120 (2022) 112601

Molekülkristalle für Quanteninformations-Bauelemente

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.

Nature 603 (2022) 241

Topologische Magnon-Bandstruktur in Skyrmionen-Gitter

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

Science 375 (2022) 1025

Proximity-induzierter Ferromagnetismus in SrIrO3

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.

Adv. Mater. 34 (2022)

Impuls-Abhängigkeit der Elektron-Phonon-Kopplung

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.

Nat. Commun. 13 (2022) 228

Untersuchung der Redoxprozesse in Li-Batterie-Material

In LiaNixMnyCozO2 (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.

Chem. Mater. (2021)

Anzeichen einer Quanten-Griffiths-Phase in FeSe0.89S0.11

In FeSe1-xSx mit x = 0.11 wurden Anzeichen einer Quanten-Griffiths-Phase gefunden, die durch die räumlich ungeordnete Verteilung der Se- und S-Atome verursacht wird.

Phys. Rev. Lett. 127 (2021) 246402

IQMT-AG Neutronenstreuung am Heinz-Maier-Leibnitz-Zentrum

Das IQMT ist seit Mai 2021 offizieller Kooperationspartner des Heinz-Maier-Leibnitz-Zentrums für Neutronenforschung beim Betrieb des Neutronen-Dreiachsen-Spektrometer PUMA.

Spin-Auslesen von Einzelmolekülmagneten mittels STM

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

Phys. Rev. Lett. 127 (2021) 123201

Workshop "Neutronenspektroskopie in Magnetfeldern"

Das IQMT veranstaltete einen Workshop Neutronenspektroskopie in Magnetfeldern statt, bei dem Experten aus mehreren Ländern die experimentellen Möglichkeiten an europäischen Großforschungseinrichtungen [Institut Laue Langevin (Grenoble, Frankreich), Maier-Leibnitz Zentrum (Garching, Deutschland), Paul-Scherrer Institut (Villigen, Schweiz), ISIS Neutronenquelle (Rutherford, England)] präsentierten und diskutierten.

Besuch der französischen Botschafterin am KIT

Die französische Botschafterin war zu Besuch am KIT um sich mit KIT-Vizepräsident Thomas Hirth und Wissenschaftlern des KIT über Perspektiven der deutsch-französischen Zusammenarbeit auszutauschen.

YIG-Prep-Pro-Stipendium für Mehdi Frachet

Mehdi Frachet wurde mit einem KIT-Young-Investigator-Group-Preparation-Program-(YIG Prep Pro)-Stipendium ausgezeichnet.

Auswirkung natürlicher Radioaktivität auf supraleitende Qubits

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.

Nat. Commun. 12 (2021) 2733

Elektromigration und Quantenphasenschlupf in Al-Nanodrähten

Mittels Elektromigration konnte der normalleitende Widerstand RN 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.

ACS Nano 15 (2021) 4108

Verbesserte Lichtemission einzelner H2Pc-Moleküle durch Aufladung

Die Elektrolumineszenz von einzelnen auf einer dünnen NaCl-Schicht auf einer Au(111)-Oberfläche adsorbierten H2Pc-Molekülen konnte durch deren Aufladung drastisch verstärkt werden.

Nano Lett. 10 (2020) 7600

Keine Divergenz der nematischen Suszeptibilität in CsFe2As2

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.

Phys. Rev. Lett. 125 (2020) 187001

Rein optische Polarisation des Grundzustands von Eu-Kernspins

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.

Nat. Commun. 12 (2021) 2152

Dotierungsabängigkeit der nematischen Fluktuationen in FeSe1-xSx

Mittels Raman-Streuung wurden die nematischen Fluktuationen in FeSe1-xSx-Einkristallen als Funktion des Schwefelgehalts x zu beiden Seiten des nematischen quantenkritischen Punkts (QCP) xc ≈ 0.17 untersucht.

npj Quantum Mater. 6 (2021) 37

Marginale-Fermi-Flüssigkeits-Verhalten von SrIrO3

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.

Nat. Commun. 11 (2020) 4270

DFG unterstützt ELASTO-Q-MAT-Initiative

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.

EMA-Dominique-Givord-Preis 2020 an Wolfgang Wernsdorfer

Der Dominique-Givord-Preis der European Magnetism Association (EMA) für Fortschritte in der Magnetismusforschung geht in diesem Jahr an Wolfgang Wernsdorfer für seine Arbeiten zu Einzelmolekül-Magneten, Magnetisierungstunneln and molekularer Spintronik.

Nematische Korrelationslänge in Fe-basierten Supraleitern

Für FeSe und Ba(Fe1-xCox)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.

Phys. Rev. Lett. 124 (2020) 157001

Hector-Wissenschaftspreis 2020 für Wolfgang Wernsdorfer

Wolfgang Wernsdorfer erhielt den Wissenschaftspreis der Hector-Stiftung für seine Leistungen bei der Quantencomputing-Grundlagenforschung zu Nanomagneten und elektronischen Schaltkreisen.

Nematischer Quantenphasenübergang trennt Supraleitungsphasen in FeSe0.89S0.11

In FeSe0.89S0.11 wurde beim nematischen Quantenphasenübergang eine Veränderung der Fermiflächen als Funktion des angelegten Drucks beobachtet, die einen Lifshitz-Übergang zwischen zwei unterschiedlichen Supraleitungsphasen belegt.

Nat. Phys. (2019) 41567

Rekord-Magnetisierung in FePt-Nanomaterialien

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

Small (2019) 1902353

Uniaxialer Druck zur Kontrolle von konkurrierenden Ordnungen in YBa2Cu3O6.67

Mittels hochauflösender inelastischer Röntgenstreuung wurde am Hochtemperatur-Supraleiter YBa2Cu3O6.67 unter uniaxialer Druckbelastung auch ohne ein starkes Magnetfeld in a-Achsen-Richtung eine drei-dimensionale Ladungsdichtewelle (CDW) beobachtet.

Science 362 (2018) 1040

Niederenergetische Phonon-Anomalien In Kupraten

Bei der Untersuchung der Gitterschwingungen in Streifen-geordnetem La2-xBaxCuO4 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 YBa2Cu3O6+δ.

Phys. Rev. X 8 (2018) 11008

Thermodynamischer Beleg für FFLO-Zustand im KFe2As2-Supraleiter

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").

Phys. Rev. Lett. 119 (2017) 217002

Magnetische Wechselwirkung dominiert in BaFe2As2

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.

Nat. Commun. 8 (2017) 504

TiOx-Nanoröhren für Gas-Analyse-Multisensoren

Mit TiOx-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.

Sci. Rep. 7 (2017) 9732

Raman-Streuung an der Higgs-Mode in Ca2RuO4

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

Phys. Rev. Lett. 119 (2017) 67201

Elektron-Phonon-Kopplung in Topologischen Isolatoren

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.

Sci. Rep. 7 (2017) 1059

Analyse der SL-Paarbildung über inelastische STM

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.

Phys. Rev. Lett. 118 (2017) 167001

Entropie-Wandlung in magnetischen CePdAl-Phasen

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

Phys. Rev. Lett. 118 (2017) 107204

Schalten eines großen anomalen Hall-Effekts

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.

Sci. Rep. 7 (2017) 42982