Ein Team des Departements Physik der Universität Freiburg hat bei einem neuartigen Material überraschende Eigenschaften gemessen, die den Weg für vielversprechende Anwendungen in der Elektronik von morgen ebnen.

Das Team von Professor Claude Monney an der Unifr hat soeben ein wichtiges Ergebnis über ein "Quantenmaterial" veröffentlicht, das aus Iridiumditellurid (IrTe2) besteht. Quantenmaterialien sind Festkörper mit Eigenschaften, die durch Quanteneffekte ihrer Elektronen dominiert werden. Die bekanntesten Quantenmaterialien sind Supraleiter und Graphen, Materialien mit ganz besonderen Eigenschaften, die in vielen Bereichen neue Perspektiven eröffnen.

"Materialien wie IrTe2 sind nach Graphen die nächste Revolution auf diesem Gebiet", erklärt Dr. Christopher Nicholson, Postdoc an der Unifr und Erstautor der Studie. "Sie sind Verbindungen, die aus einem Atom eines Übergangsmetalls - in unserem Fall Iridium - und zwei Atomen eines Elements bestehen, das in der gleichen Spalte wie Sauerstoff im Periodensystem steht - in unserem Fall Tellur. Wie bei Graphen sind diese Verbindungen in sehr dünnen Schichten organisiert, die man sich wie ein Millefeuille vorstellen kann."

Diese Art von Verbindungen eröffnet die Möglichkeit, Materialien zu entwerfen, deren Eigenschaften auf Kommando verändert werden können, wie es zum Beispiel bei Computerfestplatten der Fall ist, die aus Materialien bestehen, die durch ein Magnetfeld neu angeordnet werden können, um Informationen zu speichern. Die Gruppe von Professor Monney hat gezeigt, dass eine mechanische Belastung eines IrTe2-Kristalls dessen mikroskopische Eigenschaften tiefgreifend verändert. Es entstehen sehr große geordnete Zonen im Kristall unter Dehnung, Zonen mit bemerkenswerten Quanteneigenschaften.  Die Veränderung der Eigenschaften eines solchen Kristalls durch mechanische Dehnung ist sowohl ein wichtiger grundlegender Fortschritt als auch eine Öffnung in Richtung praktischer Anwendungen. "Die Dehnung verändert, wie die einzelnen Schichten miteinander kommunizieren", erklärt Christopher Nicholson. "Etwas, das erst kürzlich erkannt wurde, ist, dass die Veränderung dieser Kopplung zwischen den Schichten selbst bemerkenswerte Effekte wie Supraleitung hervorrufen kann, und Dehnung gibt uns einen einstellbaren Regler für diese Effekte." 

Um den Kristall und seine Reaktion auf mechanische Belastung zu charakterisieren, nutzte die Gruppe zwei hochentwickelte Geräte am Physik Departement: ein Rastertunnelmikroskop, um das Material auf atomarer Ebene zu beobachten, und ein Elektronenspektrometer, um die Eigenschaften der Elektronen im Material zu messen (Bild, mit Teammitglied Marie-Laure Mottas). 

Artikel: 

Nicholson, C.W., Rumo, M., Pulkkinen, A. et al. Uniaxial strain-induced phase transition in the 2D topological semimetal IrTe2. Commun Mater 2, 25 (2021). https://doi.org/10.1038/s43246-021-00130-5