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 veröffentlichten Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Topologie, ein Zweig der Mathematik, der Eigenschaften untersucht, die bei Verformungen erhalten bleiben, fundamentaler und weiter verbreitet 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 mit potenziellen Anwendungen in der fortgeschrittenen Elektronik. Diese neue Forschung zeigt jedoch, dass diese Zustände auch dann existieren können, wenn das Teilchenbild vollständig zusammenbricht.

"Dies ist ein Paradigmenwechsel", sagte Professor Ulrich Hohenester, leitender Forscher an der TU Wien. "Wir haben gezeigt, dass die zugrunde liegende Physik, die diese Materialien bestimmt, weitaus komplizierter ist, als wir uns ursprünglich vorgestellt haben. Die Tatsache, dass topologische Zustände ohne teilchenartige Elektronen entstehen können, eröffnet völlig neue Wege für das Materialdesign und die technologische Innovation."

Das Team konzentrierte sich auf ein bestimmtes Quantenmaterial, das in seinen Labors synthetisiert wurde. Durch eine Kombination aus fortschrittlichen spektroskopischen Techniken und theoretischer Modellierung beobachteten sie, dass die Elektronen in diesem Material ein höchst ungewöhnliches Verhalten zeigten, das der konventionellen Teilchenbeschreibung widerspricht. Trotzdem wies das Material robuste topologische Zustände auf.

Die Auswirkungen dieser Entdeckung sind bedeutend für das Gebiet der Quantenmaterialforschung. Topologische Materialien werden derzeit für Anwendungen in der Spintronik, im Quantencomputing und in der hocheffizienten Energieumwandlung untersucht. Der traditionelle Ansatz zur Entwicklung dieser Materialien beruhte auf der Manipulation der teilchenartigen Eigenschaften von Elektronen. Dieses neue Verständnis deutet darauf hin, dass eine breitere Palette von Materialien, die bisher übersehen wurden, potenziell topologische Zustände beherbergen könnte.

"Diese Forschung könnte die Art und Weise revolutionieren, wie wir an die Materialwissenschaft herangehen", erklärte Dr. Maria Rodriguez, eine leitende Forscherin des Projekts. "Indem wir die grundlegenden Prinzipien verstehen, die die Topologie in diesen Systemen bestimmen, können wir möglicherweise Materialien mit beispiellosen Funktionalitäten entwickeln."

Die Technische Universität Wien hat bereits Patente im Zusammenhang mit potenziellen Anwendungen angemeldet, die sich aus dieser Forschung ergeben, darunter neuartige Sensortechnologien und verbesserte thermoelektrische Bauelemente. Mehrere Industriepartner haben Interesse an einer Zusammenarbeit bekundet, um das kommerzielle Potenzial dieser Ergebnisse zu untersuchen.

Der nächste Schritt für das Forschungsteam ist die weitere Untersuchung der zugrunde liegenden Mechanismen, die es topologischen Zuständen ermöglichen, in Abwesenheit von teilchenartigen Elektronen zu existieren. Sie planen, eine breitere Palette von Materialien zu untersuchen und anspruchsvollere theoretische Modelle zu entwickeln, um ein tieferes Verständnis dieses Phänomens zu erlangen. Das Team glaubt, dass diese Forschung den Weg für die Entwicklung einer neuen Generation von Quantenmaterialien mit verbesserter Leistung und neuartigen Funktionalitäten ebnen wird.