EXC 3112:  Zentrum für Chirale Elektronik

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie ; Materialwissenschaft
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 533767171

Chiralität bezeichnet die Eigenschaft eines Objekts, sich von seinem Spiegelbild zu unterscheiden. Sie ist in der Natur allgegenwärtig und findet sich in Elementarteilchen, Molekülen sowie biologischen Strukturen. Chiralität manifestiert sich in vielen physikalischen Phänomenen und führt zu einer intrinsischen Stabilität gegenüber äußeren Störungen. Weltweit haben chirale Materialien großes Interesse geweckt. Unser Ziel ist es, die Vorteile der strukturellen und elektronischen Chiralität in Festkörpersystemen nutzbar zu machen, in denen das Zusammenspiel von Elektronenspin, Bahndrehimpuls und Chiralität zu neuen Funktionalitäten führt. Wir werden molekulare, spintronische und supraleitende Systeme erforschen und deren Potenzial für die Entwicklung ultraschneller und energie-effizienter elektronischer Bauelemente aufzeigen. Unsere Forschung wird die Grundlage für eine zukünftige chirale Elektronik schaffen. Dieser Antrag konzentriert sich auf drei vielversprechende Forschungsrichtungen: A) Strukturelle Chiralität: Wir werden chirale Strukturen von Grenzflächen und Festkörpern entwickeln, um Spin-Selektivität, Spin-Kontrolle und Spin-Transport bis hinunter zur atomaren Skala zu erreichen. B) Emergente Chiralität: Wir werden die chirale Ordnung in magnetischen und supraleitenden Phasen erforschen, um verlustarme Bauelemente für chirale Spintronik zu entwickeln. C) Ultraschnelle Chiralität: Wir werden Chiralität im Nichtgleichgewicht untersuchen und eine chirale Lichtwellenelektronik entwickeln, bei der wir Chiralität zur Steuerung der Elektronen für ultraschnelle Datenverarbeitung nutzen. Die für diese Forschung erforderliche umfassende Expertise bedarf einer gemeinsamen Initiative von sich optimal ergänzenden Partnerinstitutionen: MLU Halle/MPI Halle verfügen über eine weltweit führende Expertise in einer Vielzahl von chiralen Materialien (Moleküle, Halbmetalle und Antiferromagnete), FU Berlin entwickelt neue Techniken zur ultraschnellen Spindynamik (Spin-Ladungsumwandlung und spinaufgelöste Bandstrukturbestimmung) und U Regensburg ist für kohärente Starkfeldkontrolle (Manipulation von Bandstruktur und elektronischen Zuständen bei optischen Taktraten) ausgewiesen. Enge Kooperationen und neue Berufungen werden unser Konsortium stärken. Forschende in frühen Karrierestadien bereichern unser Team und profitieren ihrerseits von unserem Netzwerk. Durch ein Rekrutierungsprogramm für internationale Studierende und unser Graduiertenzentrum werden wir die nächste Generation von Forschenden auf einem zukunftsweisenden Gebiet der Elektronik ausbilden. Unser Outreachprogramm konzentriert sich auf den naturwissenschaftlichen Unterricht in Schulen und wird die Attraktivität von Physik in der Gesellschaft erhöhen sowie die Diversität in diesem Bereich fördern. Das Zentrum für chirale Elektronik (Center for Chiral Electronics, CCE) wird eine international sichtbare Forschungseinheit bilden, die innovative Konzepte für die Elektronik der Zukunft vorantreibt.

• DFG-Verfahren: Exzellenzcluster (ExStra)
• Antragstellende Institution: Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
• Mitantragstellende Institution: Freie Universität Berlin; Universität Regensburg
• Beteiligte Institution: Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik; Technische Universität Dortmund
• Sprecherinnen / Sprecher: Professorin Dr. Katharina Franke; Professor Dr. Christoph Strunk; Professor Dr. Georg Woltersdorf
• beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler: Professor Dr. Robert Bittl; Professor Dr. Kirill Bolotin; Professor Dr. Piet W. Brouwer; Professor Dr. Ferdinand Evers; Professor Dr. Jaroslav Fabian; Professor Dr. Xinliang Feng; Professorin Dr. Isabella Gierz-Pehla; Professorin Dr. Milena Grifoni; Professor Dr. Rupert Huber; Professorin Dr. Annika Johansson; Professor Dr. Tobias Kampfrath; Professor Dr. Samir Lounis; Professorin Dr. Ingrid Mertig; Wenhui Niu; Professor Dr. Felix von Oppen; Professor Dr. Stuart Parkin; Professor Dr. Jascha Repp; Professor Dr. Georg Schmidt; Professor Dr. Niels Schröter; Professorin Sangeeta Sharma, Ph.D.; Professor Dr. Martin Weinelt; Professor Dr. Jörg Wunderlich