Forscher der TU Wien gaben die Entdeckung eines Quantenmaterials bekannt, in dem sich Elektronen nicht mehr wie Teilchen verhalten, aber dennoch exotische topologische Zustände aufweisen, was das herkömmliche Verständnis der Quantenphysik in Frage stellt. Die Ergebnisse, die am 15. Januar 2026 veröffentlicht wurden, deuten darauf hin, dass die Topologie, ein Zweig der Mathematik, der Eigenschaften untersucht, die bei Verformungen 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, weitgehend wie 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 liegenden Prinzipien, die diese topologischen Zustände bestimmen, weitaus robuster sind, als wir ursprünglich glaubten. Das Teilchenkonzept ist nicht der entscheidende Faktor."

Das Team konzentrierte sich auf ein neuartiges Material, das in seinem Labor synthetisiert wurde, dessen genaue Zusammensetzung jedoch firmeneigen bleibt. Durch eine Kombination aus fortschrittlichen spektroskopischen Techniken und theoretischer Modellierung beobachteten sie, dass sich die Elektronen innerhalb des Materials eher wie delokalisierte Wellen als wie einzelne Teilchen verhielten. Trotzdem wies das Material deutliche Signaturen topologischer Zustände auf, die durch seine einzigartigen elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften nachweisbar waren.

Die Auswirkungen dieser Entdeckung könnten für die Entwicklung neuer Quantenmaterialien und -bauelemente von Bedeutung sein. Topologische Materialien werden derzeit für Anwendungen in der Spintronik, im Quantencomputing und in der hocheffizienten Energieumwandlung untersucht. Die Tatsache, dass diese Zustände existieren können, ohne dass ein teilchenartiges Elektronenverhalten erforderlich ist, eröffnet die Möglichkeit, Materialien mit völlig neuen Funktionalitäten zu entwerfen.

"Diese Erkenntnis erweitert den Umfang der Materialien, die wir jetzt für topologische Anwendungen in Betracht ziehen können", erklärte Dr. Maria Rodriguez, eine an der Studie beteiligte Postdoktorandin. "Sie ermöglicht es uns, Materialien mit stärkeren Elektronenkorrelationen und komplexeren Quantenwechselwirkungen zu untersuchen, die zuvor als ungeeignet galten."

Das Forschungsteam konzentriert sich nun darauf, die Eigenschaften dieses neuartigen Materials weiter zu charakterisieren und andere Systeme zu erforschen, in denen ähnliche Phänomene auftreten könnten. Sie arbeiten auch an der Entwicklung theoretischer Rahmenbedingungen, die das Auftreten topologischer Zustände in Abwesenheit teilchenartiger Elektronen vollständig erklären können. Das Team geht davon aus, dass diese Arbeit zur Entwicklung neuer Materialien mit verbesserten topologischen Eigenschaften führen wird, die möglicherweise verschiedene technologische Bereiche revolutionieren werden.