Darüber hinaus werden Anwendungen von Quantenmaterialien unter anderem in der Spin-basierten Elektronik (Spintronik), in der Photovoltaik und in Quantenrechnern erkundet.[2]
Supraleiter
Der Theorie von Bardeen, Cooper und Schrieffer (BCS) zufolge wird das Elektronensystem eines Supraleiters durch eine makroskopisch kohärente, aus Cooper-Paaren zusammengesetzte Wellenfunktion beschrieben.[3] Alle bekannten Supraleiter werden durch eine BCS-Wellenfunktion beschrieben. Man unterscheidet konventionelle Supraleiter, bei denen die Cooper-Paare durch die Elektron-Phonon-Wechselwirkung gebildet werden, und unkonventionelle Supraleiter, bei denen der Mechanismus der Cooper-Paar-Bildung noch nicht endgültig geklärt ist. Da der verschwindende elektrische Widerstand und der perfekte Diamagnetismus von Supraleitern Konsequenzen der makroskopischen Quantenkohärenz der BCS-Wellenfunktion sind, werden Supraleiter als typische Quantenmaterialien angesehen.
Dirac-Halbmetalle
Die Valenzelektronen von Graphen (d. h. einzelne Monolagen von Graphit) werden durch eine Dirac-Gleichung beschrieben. Aufgrund der zweidimensionalen elektronischen Struktur und der sehr hohen Elektronenbeweglichkeit zeigt der Hall-Widerstand von Graphen ein Quantisierungsverhalten sogar bei Raumtemperatur.[4] Da der Quanten-Hall-Effekt eine Konsequenz der topologischen Eigenschaften der Wellenfunktion zweidimensionaler Elektronensysteme ist,[5] wird auch Graphen als ein typisches Quantenmaterial angesehen. Außerdem wurde im Jahr 2018 Supraleitung in zwei gegeneinander verdrehten Graphen-Schichten nachgewiesen.[6] Andere Dirac-Halbmetalle wie z. B. Na3Bi zeigen einen ungewöhnlichen Magnetwiderstand, der ebenfalls als topologisches Quantenphänomen verstanden wird.[7]
↑J. Bardeen, L. N. Cooper, J. R. Schrieffer: Theory of Superconductivity. In: Physical Review. Band108, Nr.5, 1. Dezember 1957, ISSN0031-899X, S.1175–1204, doi:10.1103/physrev.108.1175 (aps.org [PDF; abgerufen am 7. Oktober 2018]).
↑K. S. Novoselov, Z. Jiang, Y. Zhang, S. V. Morozov, H. L. Stormer: Room-Temperature Quantum Hall Effect in Graphene. In: Science. Band315, Nr.5817, 9. März 2007, ISSN0036-8075, S.1379–1379, doi:10.1126/science.1137201, PMID 17303717 (sciencemag.org [abgerufen am 7. Oktober 2018]).
↑Yuan Cao, Valla Fatemi, Shiang Fang, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi: Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices. In: Nature. Band556, Nr.7699, 5. März 2018, ISSN0028-0836, S.43–50, doi:10.1038/nature26160 (nature.com [abgerufen am 7. Oktober 2018]).
↑Jun Xiong, Satya K. Kushwaha, Tian Liang, Jason W. Krizan, Max Hirschberger: Evidence for the chiral anomaly in the Dirac semimetal Na3Bi. In: Science. Band350, Nr.6259, 23. Oktober 2015, ISSN0036-8075, S.413–416, doi:10.1126/science.aac6089, PMID 26338798 (sciencemag.org [abgerufen am 7. Oktober 2018]).