MIT entdeckt bahnbrechende Entdeckung im Bereich der Quantenphysik

Supraleiter sind der Traum für sauberere Energie, aber die meisten funktionieren nur unter Tiefkühlbedingungen. Wissenschaftler des MIT haben nun ein seltsames Signal in verdrehtem Graphen entdeckt, das auf einen anderen Weg hindeutet.

Forscher haben Hinweise darauf gefunden, dass sich Elektronen in verdrehtem Graphen auf ungewöhnliche Weise gepaart haben, was neue Anhaltspunkte dafür liefert, wie zukünftige Niedrigenergietechnologien funktionieren könnten.

Über Quantentechnologie wird oft wie über Science-Fiction-Thriller gesprochen, aber die Grundidee ist einfacher, als man denkt, insbesondere wenn es um Halbleiter geht.

Wenn Strom ohne Widerstand fließen kann, geht weniger Energie in Form von Wärme verloren. Das ist der Punkt, der die Menschen für sauberere Energietechnologien begeistert, auch wenn die Realität derzeit noch weit von der praktischen Umsetzung entfernt ist.

Der Haken daran ist, dass sich die meisten Supraleiter nur dann so verhalten, wenn sie lächerlich kalt gehalten werden. Deshalb eignen sie sich hervorragend für Dinge wie MRT-Scanner und Teilchenbeschleuniger, aber nicht für etwas, das man einfach ins Netz einspeist und dann vergisst. Und so haben Forscher natürlich begonnen, nach Materialien zu suchen, die auf ungewöhnlichere Weise supraleitend sind, in der Hoffnung, dass sie eines Tages auch bei wärmeren Temperaturen funktionieren werden.

Hier kommt der neueste Durchbruch des MIT im Bereich der Quantenphysik ins Spiel. Auch wenn damit nicht behauptet wird, das Problem gelöst zu haben, könnte die Forschung einen Hinweis darauf geben, wie Supraleitung funktionieren könnte, wenn die üblichen Regeln auf den Kopf gestellt werden.

Eine „V-förmige Kurve” könnte der Grund sein

Der Bericht enthält Ergebnisse, die zeigen, wie das MIT-Team an einem Material namens magic-angle twisted tri-layer graphene gearbeitet hat. Dieses Graphen besteht aus drei atomdünnen Graphenschichten, die mit einer sehr präzisen Verdrehung übereinandergestapelt sind, wodurch sich das Verhalten der Elektronen verändert. Dadurch kann es alle möglichen seltsamen Quantenzustände auslösen.

Man vermutete bereits, dass dieser Graphenstapel ein unkonventioneller Supraleiter sein könnte, aber dies eindeutig zu beweisen, ist schwierig. Das MIT hat nun eine saubere Messung der supraleitenden Lücke vorgenommen, die im Grunde genommen ein Fingerabdruck für den supraleitenden Zustand und die Art und Weise ist, wie Elektronenpaare zusammengehalten werden.

Wissenschaftler des MIT haben gezeigt, dass sich eine sorgfältig gestapelte Form von Graphen anders verhält als herkömmliche Supraleiter, was neue Möglichkeiten für sauberere und effizientere Energiesysteme eröffnet.

Und der Fingerabdruck, den sie sahen, war seltsam. Anstelle der glatteren Form, die man bei herkömmlichen Supraleitern sieht, zeigte sich die Lücke als eine scharfe V-förmige Kurve.

„Es gibt viele verschiedene Mechanismen, die zu Supraleitung in Materialien führen können“, sagte Shuwen Sun, Doktorand am MIT und Mitautor der Studie. „Die supraleitende Lücke gibt uns einen Hinweis darauf, welcher Mechanismus zu Dingen wie Raumtemperatur-Supraleitern führen kann, die letztendlich der menschlichen Gesellschaft zugutekommen werden.“

Um dieses Ergebnis zu erzielen, entwickelte das Team eine Plattform, die Tunnelnspektroskopie mit elektrischen Transportmessungen kombiniert, sodass sie die „Lücke“ direkt mit dem Moment abgleichen konnten, in dem das Material tatsächlich einen Nullwiderstand erreichte.

Warum es für die Energieversorgung wichtig ist

In herkömmlichen Supraleitern paaren sich Elektronen aufgrund winziger Schwingungen im Atomgitter. In diesem Graphen-System deuten die Beweise laut MIT auf etwas anderes hin, nämlich dass die Elektronen selbst durch starke Wechselwirkungen die Hauptarbeit leisten.

„In diesem Graphen-System mit magischem Winkel gibt es Theorien, die erklären, dass die Paarbildung wahrscheinlich eher auf starke elektronische Wechselwirkungen als auf Gittervibrationen zurückzuführen ist“, sagte Jeong Min Park, ein weiterer Autor der Studie.

Thuis, so das MIT, ist eine große Sache, weil es einen anderen Weg zur Supraleitung aufzeigt, was wichtig ist, wenn man langfristig über verlustärmere Elektronik und effizientere Energiesysteme nachdenkt. Es ist auch nützlich für die Quantentechnologie, wo es im Grunde genommen darum geht, seltsame elektronische Phasen zu kontrollieren.

„Wenn wir einen unkonventionellen Supraleiter sehr gut verstehen, könnte dies unser Verständnis der übrigen Supraleiter verbessern“, sagte Pablo Jarillo-Herrero, der leitende Autor der Studie. „Dieses Verständnis könnte beispielsweise zur Entwicklung von Supraleitern führen, die bei Raumtemperatur funktionieren, was so etwas wie der Heilige Gral des gesamten Forschungsbereichs ist.“

Quellenhinweis:

Experimental evidence for nodal superconducting gap in moiré graphene, published in Science, December 2025.