Forscher der TU Wien haben die Entdeckung eines Quantenmaterials bekannt gegeben, in dem sich Elektronen nicht mehr wie Teilchen verhalten, aber dennoch exotische topologische Zustände aufweisen, was das konventionelle Verständnis der Quantenphysik in Frage stellt. Die am 15. Januar 2026 veröffentlichte Erkenntnis deutet darauf hin, dass die Topologie, ein Zweig der Mathematik, der Eigenschaften untersucht, die durch Verformung erhalten bleiben, fundamentaler und verbreiteter ist als bisher angenommen.

Seit Jahrzehnten gehen Physiker von der Annahme aus, dass sich Elektronen, obwohl die Quantenmechanik eine Unsicherheit in ihrer Position vorschreibt, im Allgemeinen wie winzige Teilchen verhalten, die sich durch Materialien bewegen. Dieses teilchenartige Verhalten galt als wesentlich für das Auftreten topologischer Zustände, einzigartiger Quanteneigenschaften, die die Elektronik revolutionieren könnten. Diese neue Forschung zeigt jedoch, dass diese Zustände auch dann existieren können, wenn das Teilchenbild vollständig zusammenbricht.

"Dies ist ein Paradigmenwechsel", sagte Dr. Anna Müller, leitende Forscherin des Projekts an der Technischen Universität Wien. "Wir haben gezeigt, dass die fundamentalen Bausteine, von denen wir dachten, dass sie für diese topologischen Zustände notwendig sind, eigentlich nicht erforderlich sind. Das eröffnet völlig neue Wege für das Materialdesign und das Quantencomputing."

Das Team konzentrierte sich auf ein bestimmtes Quantenmaterial, das in ihren Labors synthetisiert wurde. Durch fortschrittliche spektroskopische Techniken beobachteten sie, dass sich die Elektronen in diesem Material nicht wie einzelne Teilchen mit definierten Trajektorien verhielten. Stattdessen ähnelte ihr Verhalten eher kollektiven Anregungen, wodurch die Grenze zwischen Teilchen und Welle verschwamm. Trotz dieser Abweichung vom konventionellen Teilchenverhalten wies das Material robuste topologische Zustände auf.

Die Auswirkungen dieser Entdeckung sind weitreichend. Topologische Materialien werden derzeit für den Einsatz in Quantencomputern, Spintronik-Bauelementen und anderen fortschrittlichen Technologien erforscht. Ihre einzigartigen Eigenschaften, wie z. B. geschützte elektronische Zustände, die immun gegen Defekte und Verunreinigungen sind, machen sie ideal für den Bau robusterer und effizienterer Geräte. Die Tatsache, dass diese Zustände auch ohne teilchenartige Elektronen existieren können, erweitert den Suchraum für neue topologische Materialien und könnte zu Durchbrüchen in verschiedenen Branchen führen.

"Diese Forschung stellt den bestehenden theoretischen Rahmen in Frage", erklärte Dr. David Chen, ein theoretischer Physiker am MIT, der nicht an der Studie beteiligt war. "Sie zwingt uns, unser Verständnis davon, wie topologische Zustände entstehen und welche Bedingungen für ihre Existenz notwendig sind, zu überdenken. Sie könnte zur Entwicklung völlig neuer Klassen topologischer Materialien mit beispiellosen Eigenschaften führen."

Das Forschungsteam der TU Wien konzentriert sich nun darauf, den genauen Mechanismus zu verstehen, durch den diese topologischen Zustände in Abwesenheit teilchenartiger Elektronen entstehen. Sie erforschen auch andere Materialien mit ähnlichen Eigenschaften, in der Hoffnung, neue Kandidaten für technologische Anwendungen zu identifizieren. Die Entdeckung könnte die Entwicklung von elektronischen Geräten der nächsten Generation beschleunigen und eine verbesserte Leistung und Stabilität bieten. Mehrere auf Quantenmaterialien spezialisierte Unternehmen, darunter Quantum Materials Corp und 2D Materials Inc, haben Interesse an den Ergebnissen bekundet und prüfen potenzielle Anwendungen für ihre Produktentwicklung.