Über uns
Wir sind das Exzellenzcluster ctd.qmat – Complexity, Topology and Dynamics in Quantum Matter und arbeiten an den Quantenmaterialien der Zukunft. Unser Markenzeichen ist der Donut. Er steht für die Verbindung von Physik mit topologischen Konzepten, die neue Materiezustände erklären. Diese topologischen Zustände sind gegenüber Störungen besonders robust, was Chancen für neuartige Technologien eröffnet.
2019 sind wir als ct.qmatgestartet. Wir werden von der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg und der Technischen Universität (TU) Dresden getragen sowie durch die Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder finanziert. 2026 erhielten wir den Zuschlag für die 2. Förderperiode. Mit dem zusätzlichen „d“ im Namen nehmen wir nun die Quantendynamik als Leitthema der Vielteilchenphysik stärker in den Blick.
Mission & Vision
Das bundeslandübergreifende Exzellenzcluster ctd.qmat – Complexity, Topology and Dynamics in Quantum Matter erforscht und entwickelt neuartige topologische Quantenmaterialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften und untersucht deren Nutzung unter Alltagsbedingungen. ctd.qmat entwirft damit Grundlagen für die Technologien der Zukunft und etabliert fundamental neue Materialkonzepte, die weit über das Siliziumzeitalter hinausreichen.
ctd.qmat ist an der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg sowie der Technischen Universität (TU) Dresden angesiedelt und vernetzt herausragende Forschungsinstitutionen aus Dresden, Würzburg und weltweit auf eine nachhaltige Weise.
ctd.qmat bringt führende Köpfe der Physik der kondensierten Materie, Photonik, Materialwissenschaften, Chemie und Nanowissenschaften zusammen. ctd.qmat fördert wissenschaftliche Talente und ein breites gesellschaftliches Verständnis für Quantentechnologien. Das Exzellenzcluster liefert kreative Impulse für eine nachwachsende Generation von Forschenden rund um den Globus.
Starkes Netzwerk für Spitzenforschung – Würzburger ct.qmat-Sprecher Claessen zieht positive Bilanz:
„Komplexität, Topologie und die Dynamik von Quantenprozessen stehen bei uns im Fokus und sind zugleich faszinierende Leitthemen in der modernen Physik der kondensierten Materie. Durch die Verbindung von Würzburg und Dresden ist es uns zusammen mit unseren externen Partnern gelungen, topologische Quantenmaterialien wie Mangan-Bismut-Tellurid mit völlig neuen Funktionalitäten zu entwickeln. Mit Patenten unter anderem für topologische Laser und ultrapräzise Messungen haben wir die Basis für konkrete technologische Anwendungen gelegt und international für Aufsehen gesorgt. Wir haben ein starkes Netzwerk für Spitzenforschung geschaffen, das weit mehr ist als die Summe seiner Teile.“
– Ralph Claessen, Physikalisches Institut, JMU Würzburg, Cluster-Sprecher
Weiterforschen für die Quantenrevolution – Dresdner Cluster-Sprecher Vojta sieht ct.qmat weit vorn:
„Mit unseren Entdeckungen und unserer breiten Materialbasis spielen wir in der Topliga. Wir konnten Würzburg und Dresden als DIE deutschen Standorte für topologische Materialphysik etablieren. Unsere Begeisterung für die Quantenrevolution teilen wir gern mit einem breiten Publikum, Beispiele sind unsere preisgekrönte Spiele-App „Katze Q – Ein Quanten-Adventure“ und unser Escape Room für Kinder und Jugendliche. Mit der Wanderausstellung RETHINKING PHYSICS haben wir im Quantenjahr 2025 die Themen Vielfalt und Gleichstellung in die weltweite Öffentlichkeit getragen. Dieses Engagement verstärken wir mit dem Gremium DEI – Diversity, Equity and Inclusion.“
– Matthias Vojta, Institut für Theoretische Physik, TU Dresden, Cluster-Sprecher
Der Weg zu ctd.qmat: Report zeigt Trends in der Quantenmaterialforschung
Der erste Zwischenbericht des Exzellenzclusters erschien 2022 und stellte ausgewählte Highlights seiner Forschung bis zur Halbzeit der 1. Förderperiode vor. Die Publikation macht deutlich, wie das wegweisende Kooperationsprojekt zwischen der Julius-Maximilians-Universität Würzburg und der Technischen Universität Dresden die beiden führenden Forschungsumgebungen für kondensierte Materie vernetzt.
Wissenschaft im Zeichen des Donuts
Der Mini-Report erschien 2024 als aktualisiertes Kurzporträt des Exzellenzclusters. Der Donut dient als Sinnbild für die Forschung nach revolutionären Werkstoffen des 21. Jahrhunderts, denn er gleicht einem geometrischen Gebilde namens Torus. Mit dessen Hilfe lassen sich die Besonderheiten von Quantenmaterialien theoretisch beschreiben.
Spitzenforschung ist Teamwork. Deshalb ist das Würzburg-Dresdner Exzellenzcluster ctd.qmat eng mit führenden außeruniversitären Forschungseinrichtungen verzahnt. Gemeinsam arbeitet dieses Netzwerk daran, komplexe topologische Quantenmaterialien zu verstehen, zu kontrollieren und für technologische Anwendungen nutzbar zu machen.
Die am Cluster beteiligten Institutionen im Überblick:
Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden
Das IFW Dresden erforscht als Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft die Physik und Chemie von Festkörpern und Materialien. Rund 500 Mitarbeitende aus über 35 Nationen arbeiten interdisziplinär an neuen Funktionen für Quantenmaterialien und 2D-Materialien, erforschen neue Werkstoffe für Informationsverarbeitung und Energieanwendungen. Damit schaffen sie die Basis für zukünftige Schlüsseltechnologien. In fünf Instituten verbindet das IFW Dresden als eigenständige außeruniversitäre Einrichtung grundlagenorientierte mit anwendungsnaher Forschung, verknüpft dabei Experimentalphysik, theoretische Festkörperphysik, Materialchemie, Werkstoffforschung sowie Elektrotechnik.
Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe
Das MPI CPfS in Dresden widmet sich der Entdeckung und Erforschung neuer Materialien mit ungewöhnlichen Eigenschaften. An der Schnittstelle von Chemie und Physik untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, wie die chemische Zusammensetzung, atomare Struktur sowie äußere Einflüsse das elektronische, magnetische und chemische Verhalten fester Stoffe bestimmen. Ergebnis der interdisziplinären Zusammenarbeit von Synthese, Experiment und Theorie sind neuartige Quantenmaterialien und -effekte sowie Materialien für Energieumwandlung. Das Institut ist Teil der weltweit vernetzten Max-Planck-Gesellschaft und beschäftigt rund 280 Mitarbeitende aus mehr als 20 Nationen.
Max-Planck-Institut für die Physik komplexer Systeme (MPl PKS)
Das MPI PKS erforscht grundlegende physikalische Prinzipien komplexer Systeme – ein noch junges Gebiet, das sich rasch entwickelt und wandelt. Es ist geprägt von neuen Fragestellungen und Methoden, die klassische Ansätze adaptieren und auf kreative Weise kombinieren. Die Vielfalt der untersuchten Themen reicht von Festkörper- und Molekülphysik bis zu biologischen Systemen. Ein besonderes Merkmal ist ein internationales Gästeprogramm, das individuelle Stipendien für Gastaufenthalte am Institut sowie ein umfangreiches Workshopprogramm umfasst. Gemeinsam mit der Forschung im Haus wird ein dynamisches Umfeld für die Entwicklung neuer Konzepte geschaffen.