Forschende der Universität Göttingen haben kürzlich bedeutende Fortschritte in der Quantenmaterialforschung erzielt. Sie dokumentierten erstmals das Auftreten von Floquet-Zuständen in Graphen, einem extrem leitfähigen und stabilen Material, das nur eine Atomlage dick ist. Diese Entdeckung könnte weitreichende Auswirkungen auf zukünftige Technologien in der Elektronik, Computertechnik und Sensorik haben.
Die Ergebnisse wurden in der renommierten Fachzeitschrift Nature Physics veröffentlicht. Dabei kam die Femtosekunden-Impulsmikroskopie zum Einsatz, um die Floquet-Zustände in Graphen eingehend zu untersuchen. Durch Lichtpulse kann das Floquet-Engineering die Materialeigenschaften gezielt verändern, was die Entwicklung neuer Anwendungen in Bereichen wie flexiblen Displays, hochempfindlichen Sensoren und leistungsstarken Batterien ermöglicht.
Technologische Anwendungen und Potenziale
Graphen besitzt herausragende Eigenschaften, die es zu einem wertvollen Material für verschiedene hochmoderne Anwendungen machen. Neben den bereits erwähnten Technologien zeigen die Forschungen, dass die gezielte Manipulation von Quantenmaterialien durch die im Experiment nachgewiesenen Floquet-Effekte möglich ist. Diese ermöglichen neue Gleichgewichte in Quantenmaterialien durch zeitabhängiges Schütteln, wie in der theoretischen Vorgängerstudie von Oka und Aoki beschrieben.
Das Team, angeführt von Marco Merboldt und David Schmitt, konnte nachweisen, dass die kohärente Brechung der Zeitumkehrsymmetrie in Graphen durch zirkular polarisiertes Licht realisiert werden kann. Diese Entdeckung könnte als Grundlage für die Verwirklichung des Haldane-Modells dienen, einem zentralen Modell in der Festkörperphysik.
Zusammenarbeit und Dankesbekundungen
Die Forschung wurde durch den Göttinger Sonderforschungsbereich SFB 1073, gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, unterstützt. Dem Team gehören zudem Wissenschaftler von mehreren renommierten Institutionen an, darunter das Paul Scherrer Institute in der Schweiz und die Universität Bremen. Die umfassende internationale Zusammenarbeit verdeutlicht die Bedeutung dieser Forschung innerhalb der globalen wissenschaftlichen Gemeinschaft.
Die vollständige Liste der Mitautoren und Institutionen findet sich in der Veröffentlichung mit dem Titel „Observation of Floquet states in graphene“. Diese außergewöhnliche Arbeit könnte das Verständnis und die Nutzung von Quantenmaterialien in den kommenden Jahren revolutionieren.
