Mit Licht das kollektive Verhalten von Elektronen untersuchen Ein neues Mitglied im SNI-Netzwerk ist Professor Dr. Tomasz Smoleński. Der Nachfolger des ehemaligen SNI-Direktors Professor Dr. Christian Schönenberger forscht seit Anfang Februar 2025 als Assistenzprofessor am Departement Physik der Universität Basel. Seine Leidenschaft gilt dem kollektiven Verhalten von Elektronen in 2D-Materialien. Zusammen mit seinem wachsenden Team unter- sucht er dieses mithilfe von Licht – auch mit einem Blick auf Anwen- dungen in Quantentechnologien. Verhalten von zahlreichen Elektronen Quanten-Opto-Elektronik heisst die Gruppe des neuen Assistenzprofessors Tomasz Smoleński am Departement Phy- sik der Universität Basel, der ab 2026 auch ein Projekt in der SNI-Doktorandenschule betreuen wird. Einfach gesagt untersucht Smoleński mit seinem Team, wie sich eine grosse Anzahl von Elektronen in verschiedenen Phasen und Materialien verhalten. Er ver- gleicht dieses Thema mit einem Vogel- schwarm, der sich in einem komplexen Muster bewegt, das sich von dem eines einzelnen Vogels unterscheidet. «Das komplexe Bewegungsmuster entsteht nicht dadurch, dass jeder Vogel dem ge- samten Schwarm folgt, sondern durch einfache Regeln – jeder Vogel reagiert le- diglich auf das Verhalten seiner Nach- barn. Ein ähnliches Prinzip gilt für Elek- tronen, wenn viele von ihnen zusammen- kommen», erklärt Smoleński. Denn auch Elektronen besitzen ein kol- lektives Verhalten, das sehr komplex sein kann – wie beispielsweise bei einem Sup- raleiter, der Strom verlustfrei leitet. Aller- dings ist dieses kollektive Verhalten oft schwierig vorherzusagen und zu berech- nen. Smoleński untersucht es daher mit- hilfe optischer, nicht-invasiver Methoden. Künstliche Materialien mit neuen Eigenschaften Als Untersuchungsmaterial verwenden Smoleński und sein Team zweidimensio- nale Van-der-Waals-Heterostrukturen. Diese Strukturen bestehen aus Schichten atomar dünner Materialien, die durch schwache Van-der-Waals-Kräfte zusam- mengehalten werden. Diese Eigenschaft ermöglicht es, verschiedene atomare Schichten in komplexen Heterostrukturen zu kombinieren, die völlig neue elektroni- sche Eigenschaften aufweisen können. Netzwerk «Van-der-Waals-Heterostrukturen bieten uns eine nahezu unendliche Anzahl neuer Materialien, die eine ideale Platt- form für unsere Untersuchungen darstel- len», erklärt Smoleński. «Ein einzigarti- ger Vorteil dieser Materialien besteht darin, dass sie es ermöglichen, die An- zahl der Elektronen in situ durch Anle- gen einer Spannung anzupassen, ohne das Material verändern zu müssen.» Diese Abstimmbarkeit der Eigenschaften unterscheidet diese Materialien von an- deren, die in der Quantenwissenschaft verwendet werden, und ist für die For- schenden von grosser Bedeutung. Untersuchungen mit Licht Um die Eigenschaften der Elektronen in den Heterostrukturen zu untersuchen, nutzt Smoleński verschiedene spektros- kopische – also optische – Methoden, die das Material selbst nicht verändern. 12 SNI INSight Dezember 2025