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, weitgehend 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. Die 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 grundlegenden Prinzipien, die topologischen Zuständen zugrunde liegen, unabhängig davon sind, ob sich Elektronen wie einzelne Teilchen verhalten. Dies eröffnet völlig neue Möglichkeiten für das Materialdesign und die Quantentechnologien."

Der Schwerpunkt der Entdeckung liegt auf einem neuartigen Quantenmaterial, das im Labor synthetisiert wurde. Mithilfe fortschrittlicher spektroskopischer Techniken beobachtete das Team, dass sich die Elektronen in diesem Material nicht mehr wie einzelne Entitäten mit definierten Trajektorien verhielten. Stattdessen bildeten sie einen kollektiven, delokalisierten Zustand, in dem das Konzept einzelner Teilchen seine Bedeutung verlor. Trotzdem wies das Material robuste topologische Zustände auf, die durch geschützte elektronische Pfade gekennzeichnet sind, die immun gegen Defekte und Verunreinigungen sind.

Die Auswirkungen dieser Forschung erstrecken sich auf verschiedene Branchen, insbesondere auf solche, die sich auf die Entwicklung fortschrittlicher elektronischer Geräte und Quantencomputer konzentrieren. Topologische Materialien sind aufgrund ihres Potenzials zur Schaffung fehlertoleranter Quantenbits (Qubits) und hocheffizienter elektronischer Komponenten sehr begehrt. Der traditionelle Ansatz zur Suche nach diesen Materialien bestand darin, nach spezifischen elektronischen Bandstrukturen zu suchen, die teilchenartiges Verhalten unterstützten. Die neuen Ergebnisse deuten auf einen breiteren Suchraum hin, der möglicherweise die Entdeckung neuartiger topologischer Materialien mit verbesserten Eigenschaften beschleunigen könnte.

"Diese Forschung könnte die Entwicklung topologischer Quantencomputer erheblich beeinflussen", erklärte Dr. David Chen, ein Experte für Quantencomputing bei IBM, der nicht an der Studie beteiligt war. "Die Fähigkeit, topologische Zustände zu erzeugen, ohne auf teilchenartige Elektronen angewiesen zu sein, könnte zu stabileren und skalierbareren Qubits führen und eine große Hürde in diesem Bereich überwinden."

Das Forschungsteam der TU Wien konzentriert sich nun darauf, die Eigenschaften dieses neuartigen Materials genauer zu untersuchen und andere Materialien zu untersuchen, in denen ähnliche Phänomene auftreten könnten. Sie arbeiten auch an der Entwicklung theoretischer Modelle, um die zugrunde liegende Physik dieser teilchenlosen topologischen Zustände besser zu verstehen. Das Team plant, innerhalb des nächsten Quartals ein detailliertes Protokoll zur Materialsynthese und Charakterisierungsdaten zu veröffentlichen, damit andere Forschungsgruppen ihre Ergebnisse replizieren und darauf aufbauen können.