Kvantematerialer

Kvantematerialer er materialer, hvis fysiske egenskaber i høj grad er bestemt af kvantemekaniske effekter, der kan manifestere sig ved makroskopiske længde- og tidsskalaer. De omfatter systemer med stærk elektronkorrelation, lav dimension eller topologiske tilstande, hvor kvantemekanik spiller en afgørende rolle i fænomener som superledning, magnetisme og elektronisk transport. Forskningen har til formål at forstå og udnytte disse fænomener samt at opdage nye faser af materie.

Eksempler inkluderer højt temperatuursuperledere, topologiske isolatorer, grafen og andre to-dimensionelle materialer, spinsystemer og moiré-materialer. Syntese og tuning gennem kemisk sammensætning, tryk, lagkobling og magnetiske felter giver adgang til forskellige faser og overgange.

Forskningen anvender teknikker som ARPES (angle-resolved photoemission spectroscopy), STM/STS, neutron-spredning, magnetometri og transportmålinger for at undersøge elektroners båndstruktur, topologi, magnetisme og korrelationer. Teoretiske tilgange omfatter kvantemekaniske modeller, topologi og fællesfaser.

Potentielle anvendelser inkluderer kvantecomputere og kvante-sensorer, avanseret spintronik og forbedret energiomdannelse. Udfordringer inkluderer præcis syntese og kontrol af uorden, dekoherens og temperatur- og feltafhængigheder samt skala og reproducerbarhed i produktion.