Quantenmaterialien neu gedacht

Sie stecken in Smartphones, Solarzellen oder Teilchenbeschleunigern: Quantenmaterialien wurden bereits im vorigen Jahrhundert entdeckt, aber heute sind sie mehr im Blickfeld der Forschung denn je. Univ.-Prof. Claudia Felser vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe interessiert sich dafür, wie diese zur Lösung des Klimawandels und für Energieeffizienz eingesetzt werden können.

Was versteht man unter Quantenmaterialien?

Auf der Welt gibt es unzählige Materialien, etwa Eisen, Kupfer oder Lithium. Wir schauen uns diese Materialien durch die Brille der Quantenphysik an und versuchen, aus ihnen neue Eigenschaften herauszukitzeln. Um das zu erreichen, muss man ihre Quanteneigenschaften nutzen. Uns interessieren dabei besonders Materialien, die man für Klimawandelfragen oder das Energieproblem nutzen kann. Denn durch ihre Quanteneigenschaften können wir über die klassischen physikalischen Gesetze hinaus vielleicht höhere Effizienzen erreichen.

Können Sie ein Beispiel nennen, um es verständlicher zu machen?

Wir haben aus den günstigen Elementen Zink und Mangan ein Material hergestellt, das wir aufgrund der Quanteneigenschaften als Elektrode für die Katalyse nutzen können. Würden wir dieses Material mit seinen klassischen physikalischen Eigenschaften einsetzen, würde nichts passieren. Wenn wir aber mithilfe eines Magnetfeldes die Quanteneigenschaften einstellen, kann es CO2 in Methan zurückverwandeln. Man könnte es also in einem Kohlekraftwerk als Katalysator verwenden: Nutzt man dazu noch Solarstrom, ist das eine effiziente und gute Lösung, um den CO2-Ausstoß zu verringern. Dass es funktioniert, konnten wir im Labor nachweisen. Natürlich muss man das in einem nächsten Schritt in großem Maßstab testen, aber wir konnten zeigen, dass Quantenmaterialien nicht nur für Quantencomputer genutzt werden können, sondern einen echten Beitrag im Kampf gegen den Klimawandel leisten können.