ERC Grant für die Untersuchung von van der Waals-Heterostrukturen

Professor Christian Schönenberger, Direktor des Swiss Nanoscience Institute und Professor für Experimentalphysik am Departement Physik der Universität Basel, hat vom European Research Council (ERC) einen Advanced Grant erhalten. Mit dieser besonderen Auszeichnung steht ihm für sein Forschungsprojekt über die Supraleitfähigkeit von van der Waals-Heterostrukturen über die nächsten fünf Jahre eine Fördersumme von etwa 2.9 Millionen Schweizer Franken zur Verfügung. Christian Schönenberger gehört zu den wenigen Wissenschaftlern, deren wegweisende Forschung bereits zum zweiten Mal mit einem ERC Advanced Grant honoriert wurde.

Seit Beginn seiner Tätigkeit als Professor für Experimentalphysik an der Universität Basel im Jahr 1995 beschäftigt sich Christian Schönenberger mit Fragstellungen zur Nanoelektronik mit dem Ziel, die besonderen Eigenschaften künstlicher Atome und Moleküle für Anwendungen in der Quanteninformation zu erschliessen.

In dem jetzt bewilligten Projekt rücken für ihn und sein Team van der Waals-Heterostrukturen in den Mittelpunkt. Das sind vertikale Stapel verschiedener zweidimensionaler Kristalle, die nur aus einer einzigen Atomlage bestehen und durch van der Waals-Kräfte zusammengehalten werden.

Spezifische physikalische Eigenschaften
Es gibt inzwischen einige dieser Materialien, die alle für sich spezifische physikalische Eigenschaften aufweisen. So ist zum Beispiel Graphen ein exzellenter elektrischer Leiter, Bornitrid dagegen ein ausgezeichneter Isolator. Es gibt supraleitende van der Waals-Materialien und solche, in denen die Elektronenbewegung mit dem Magnetismus des Elektrons (Elektronenspin) verknüpft ist, was als Spin-Bahn-Kopplung bezeichnet wird. Und es gibt Materialien, die eine spin-abhängige optische Absorption aufweisen.

Das ERC Projekt zielt nun darauf ab, mehrere dieser Materialien so zu kombinieren, dass neue physikalische Effekte auftreten. Es wurde zum Beispiel vorhergesagt, dass man durch die Kombination von Spin-Bahn-Kopplung, guter elektrischer Leitfähigkeit und Supraleitung einen sogenannten topologischen Zustand erzeugen kann, der in der Natur nicht vorkommt, aber eben «synthetisch» in einem geeigneten Stapel von van der Waals-Materialien kontrolliert hergestellt werden kann.

Solche neuartigen topologischen Zustände sind Quantenzustände, die eine besondere Stabilität aufweisen und sich besonders gut zur Nutzung von Quanteninformation eignen. «Das Spannende an diesem Projekt ist, dass die Kombination von physikalischen Eigenschaften nicht einfach die Summe der Einzeleigenschaften ist», erläutert Christian Schönenberger. «Da sich die atomar dünnen Schichten so nahe sind, können stattdessen ganz neue Phänomene auftreten. Jeder individuelle Stapel ist potenziell ein neues Material mit ganz neuen Eigenschaften. Dem möchte ich mit meinem Team auf den Grund gehen.»