12 13 ct.qmat ct.qmat AREA A B C D Topologische Elektronen Topological Electrons Atom für Atom: MnBi2Te4 heißt die Zauberformel, die 2019 in Dresden das Licht der Welt erblickte. Wissenschaftler:innen des Exzellenzclusters ct.qmat entwickelten das Quantenmaterial namens Mangan-Bismut-Tellurid und stellten es erstmals im Labor her. Der maßgeschneiderte Kristall ist ein magnetischer topologischer Isolator und vereint eigentlich gegensätzliche Eigenschaften: Im Inneren isolierend, kann er an seinen Rändern Strom verlustfrei leiten. Außerdem bringt MnBi2Te4 sein Magnetfeld selbst mit und besitzt daher Eigenschaften, die bei anderen Materialien erst in starken äußeren Magnetfeldern auftreten. Dies erweitert die Chancen für neuartige elektronische Bauelemente, die Informationen magnetisch kodieren sowie schnell und energiesparend transportieren. Spintronik nennt sich dieser Ansatz. Präzision zählt: Damit das Quantenmaterial sein außergewöhnliches Potenzial entfalten kann, muss dessen atomare Zusammensetzung sehr präzise kontrolliert werden. Molekularstrahlepitaxie heißt das Verfahren, mit dem superdünne Atomschichten übereinandergestapelt werden. In Würzburg steht eine der größten Anlagen, die das bis auf einen Nanometer = ein Millionstel Millimeter genau schafft. Kristallines MnBi2Te4 – in Würzburg und Dresden werden Zukunftswerkstoffe designt. Crystalline MnBi2Te4 – future materials are designed in Würzburg and Dresden. Geburt eines Quantenmaterials A Quantum Material is Born #Mangan-Bismut-Tellurid: Made in Dresden, optimiert in Würzburg, ist dieser maßgeschneiderte Kristall der Vorbote einer Materialrevolution, die verlustarmen Quantenchips den Weg bereiten soll. Epitaktische Schicht Epitaxial layer Molekularstrahl Molecular beam Substrat Substrate Atom by atom: MnBi2Te4 is a magic formula that first saw the light of day in Dresden in 2019. Manganese bismuth telluride is a quantum material that was first produced in the laboratory by scientists from ct.qmat. This specially tailored crystal is a magnetic topological insulator that, intriguingly, combines properties that don’t normally mix. Whereas its interior acts like an electrical insulator, the edges can conduct electricity without loss. Moreover, it has its own magnetic field, giving it properties that other materials only exhibit in strong external magnetic fields. This is an important step towards creating next-generation electronic components that can encode and transport information magnetically – a field known as spintronics, which promises faster, more energy-efficient data processing. Precision counts: To harness this quantum material’s extraordinary potential, its atomic composition needs to be precisely controlled. The process employed to stack ultrathin layers of atoms on top of each other is known as molecular beam epitaxy. Würzburg is home to one of the largest MBE systems that can do this with nanometer precision – that’s a millionth of a millimeter. #Manganese bismuth telluride: Made in Dresden, perfected in Würzburg. This bespoke crystal is spearheading a revolution in materials science that’s set to pave the way for low-loss quantum chips.
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