WÜRZBURG / LONDON (IT BOLTWISE) – Mit der Edna-Carter-Professur baut Laëtitia Farinacci an der Universität Würzburg ein Forschungsprogramm an der Schnittstelle von Magnetismus und Supraleitung auf. Im Fokus steht, wie sich magnetische Zustände im Nanobereich gezielt kontrollieren und zeitlich dynamisch beeinflussen lassen. Dazu nutzt sie ein Rastertunnelmikroskop, mit dem einzelne Atome und Moleküle auf besonders präparierten Oberflächen untersucht werden. Für die Quanteninformationstechnologie könnte das langfristig Grundlagen für kleinere, energieeffiziente Speicher und hochgenaue Quantensensoren liefern.
Auf der Ebene der Atome verhalten sich Materialien oft anders als im Alltag – genau dort setzt Laëtitia Farinacci mit ihrer neuen Edna-Carter-Professur an. Die Juniorprofessorin beschreibt als zentrale Frage, wie sich magnetische Zustände im Nanobereich kontrollieren und dynamisch beeinflussen lassen. Damit rückt nicht nur die feste „Anordnung“ von Atomen in den Mittelpunkt, sondern auch die zeitliche Entwicklung magnetischer Eigenschaften. Entscheidend ist außerdem, ob diese Eigenschaften stabil bleiben, wenn man sie für technische Anwendungen nutzbar machen will – etwa als Baustein für Systeme, die auf quantenmechanischen Effekten beruhen.
Technisch betrachtet liegt der Schwerpunkt ihrer Arbeit auf der Dynamik magnetischer Prozesse und auf dem Zusammenspiel von Magnetismus und Supraleitung. Supraleitende Systeme sind deshalb spannend, weil sie unter passenden Bedingungen elektrische Widerstände drastisch senken und quantenmechanische Ordnungen ausbilden. Im Kontext einzelner Moleküle oder Atome wird dadurch beobachtbar, wie magnetische Signale mit einer Umgebung koppeln: Sie können erhalten bleiben, aber auch zu stark wechselwirken oder sogar verloren gehen. Für die Forschung ist genau diese Grenzfläche relevant, weil sie festlegt, wie robust ein magnetischer Zustand in einer realistischeren Materiallandschaft ist – und damit indirekt, ob daraus laterale Kopplungen, kontrollierbare Zustände oder neue Funktionsprinzipien entstehen.
Um solche Effekte im Detail zu messen, arbeitet Farinacci im Labor mit einem Rastertunnelmikroskop. Sie platziert dabei einzelne Moleküle und Atome auf unterschiedlichen Oberflächen, darunter Gold, ultradünne Isolierschichten und Blei als Supraleiter. Das Vorgehen folgt einem präzisen Ablauf: Eine sehr spitze, leitfähige Nadel wird dicht an das Molekül bzw. Atom herangeführt, anschließend wird gemessen, wie der Strom fließt. Aus dieser Stromantwort lässt sich charakterisieren, welche Eigenschaften das untersuchte Objekt besitzt. Der methodische Vorteil liegt in der Kombination aus lokaler Probenbearbeitung und direkter elektrischer Auslese, sodass sich die Frage „Bleibt der Magnetismus erhalten?“ nicht nur qualitativ, sondern messbasiert prüfen lässt.
Damit im Experiment wirklich die Physik der Probe dominiert und nicht Störungen von außen, erfolgen die Messungen unter Ultrahochvakuum. Farinacci betont damit einen wichtigen Punkt der Experimentalphysik: In einer extrem sauberen Umgebung ohne störende Schmutzteilchen in der Luft bleibt die Oberfläche der Probe reproduzierbar, und der Messaufbau liefert zuverlässige Signale. Zusätzlich werden extrem niedrige Temperaturen verwendet, was bei Supraleitern und bei der Untersuchung quantenrelevanter Zustände zentral ist, weil thermische Anregungen ansonsten die gewünschten Effekte überlagern oder abschwächen könnten. Gerade wenn Magnetismus auf supraleitende Eigenschaften trifft, entscheidet das Temperaturregime darüber, ob man die Kopplung im gewünschten Parameterraum beobachten kann.
Das Anwendungspotenzial beschreibt die Forscherin als direkte Konsequenz aus präziser Kontrolle: Wenn magnetische Eigenschaften einzelner Atome und Moleküle gezielt steuerbar werden, entstehen Grundlagen für neue Bauelemente in der Quanteninformationstechnologie. In der Langfristperspektive nennt sie etwa besonders kleine und energieeffiziente Speicher, hochgenaue Quantensensoren oder Komponenten für Quantencomputer. Diese Zielrichtungen passen zu einem Grundmuster in der Branche: Quantenbausteine benötigen nicht nur einen quantenmechanischen Effekt, sondern auch eine verlässliche Möglichkeit, Zustände zu definieren, auszulesen und während der relevanten Betriebszeit stabil zu halten. Genau dort wird die Fähigkeit zur Kontrolle magnetischer Zustände im Nanobereich besonders wertvoll.
Für die weitere Entwicklung bedeutet das Programm vor allem: Es verknüpft eine methodische Messkette (Rastertunnelmikroskop, definierte Probenoberflächen, Ultrahochvakuum, tiefe Temperaturen) mit einer physikalischen Zielsetzung (Dynamik magnetischer Prozesse und Robustheit gegenüber Wechselwirkungen). Damit schafft es eine experimentelle Basis, um die Kopplung zwischen magnetischen Zuständen und supraleitenden Umgebungen nicht nur zu beobachten, sondern schrittweise für die Funktion zu qualifizieren. Kurzfristig liefert das Suchprozesse nach stabilen Zuständen und geeigneten Material- bzw. Oberflächenkombinationen; mittel- bis langfristig kann daraus ein handhabbares Designwissen für robuste Quantenbausteine entstehen, bei denen magnetische Information nicht sofort „verwischt“, sondern kontrollierbar bleibt.
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