Molekülspins für Quantentechnologien gezielt elektrisch kontrollieren
en-GBde-DEes-ESfr-FR

Molekülspins für Quantentechnologien gezielt elektrisch kontrollieren


Die gezielte Kontrolle einzelner Quantenzustände gilt als eine zentrale Voraussetzung für künftige Quantencomputer und andere Quantentechnologien. Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben nun einen neuen Weg gefunden, den quantenmechanischen Zustand, Spin genannt, einzelner magnetischer Moleküle auf einer Oberfläche gezielt mit elektrischer Spannung zu steuern. Die Ergebnisse eröffnen neue Möglichkeiten für die Entwicklung effizienter Quantencomputer und elektrisch gesteuerter Quantenoperationen. Veröffentlichung in Nature Physics. (DOI: 10.1038/s41567-026-03353-w)


Quantentechnologien gelten als eine wichtige Zukunftsperspektive für leistungsfähigere Computer, sichere Kommunikation und hochpräzise Sensoren. Einzelne magnetische Moleküle sind dabei besonders vielversprechende Bausteine für Qubits – den grundlegenden Informationseinheiten von Quantencomputern. Aufgrund ihrer geringen Größe besitzen sie ausgeprägte Quanteneigenschaften und lassen sich durch moderne chemische Synthese gezielt an unterschiedliche Anwendungen anpassen.


Spins gezielt elektrisch steuern

„Um magnetische Moleküle künftig einsetzen zu können, müssen wir ihren quantenmechanischen Zustand, also den Spin, präzise und lokal kontrollieren können“, sagt Professor Philip Willke vom Physikalischen Institut (PHI) des KIT. Bisher geschieht dies überwiegend mithilfe magnetischer Felder. Diese lassen sich jedoch schwer auf einzelne Moleküle begrenzen und nur mit eingeschränkter Geschwindigkeit schalten. Elektrische Spannungen hingegen ermöglichen es, die Spins über eine effiziente Spin-elektrische Kopplung schnell und lokal zu steuern.


Mithilfe einer Kombination aus Elektronenspinresonanz und Rastertunnelmikroskopie untersuchte das Team um Philip Willke gezielt Eisenphthalocyanin-Moleküle (FePc) sowie Fe–FePc-Komplexe auf einer Oberfläche. Diese eignen sich besonders, weil sie stabil auf der Oberfläche liegen. Die Forschenden konnten die Moleküle einzeln adressieren und ihre magnetischen Eigenschaften beziehungsweise ihren Spin durch angelegte elektrische Spannungen gezielt verändern.


Neue Perspektiven für Quantenbauelemente

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass sich molekulare Spins effizient und lokal mit elektrischen Signalen steuern lassen. Damit eröffnen sich neue Perspektiven für die Realisierung schneller und kompakter Quantenbauelemente“, sagt Willke. „Im Gegensatz zu magnetischen Feldern lassen sich elektrische Felder räumlich präziser anlegen und elektrische Signale viel schneller schalten.“


An den Untersuchungen waren Forschende der Ewha Womans University in Südkorea beteiligt. Sie erarbeiteten theoretische Grundlagen, mit denen sich die beobachtete Spin-elektrische Kopplung physikalisch erklären lässt.


Elektrische Steuerungsverfahren könnten künftig eine attraktive Alternative zu aufwendigen magnetischen Methoden sein. Langfristig könnte dieser Ansatz neue Impulse für die Entwicklung leistungsfähiger Quantencomputer sowie für Anwendungen in der Quantensensorik und Spintronik liefern.


Originalpublikation

Paul Greule, Wantong Huang, Máté Stark, Kwan Ho Au-Yeung, Johannes Schwenk, Jose Reina-Gálvez, Christoph Sürgers, Wolfgang Wernsdorfer, Christoph Wolf, Philip Willke: Exchange-mediated spin-electric control of single molecules on surfaces. Nature Physics, 2026. DOI: 10.1038/s41567-026-03353-w


Im Dialog mit der Gesellschaft entwickelt das KIT Lösungen für große Herausforderungen – von Klimawandel, Energiewende und nachhaltigem Umgang mit natürlichen Ressourcen bis hin zu Künstlicher Intelligenz, technologischer Souveränität und demografischem Wandel. Als Die Universität in der Helmholtz-Gemeinschaft vereint das KIT wissenschaftliche Exzellenz vom Erkenntnisgewinn bis zur Anwendungsorientierung unter einem Dach – und ist damit in einer einzigartigen Position, diese Transformation voranzutreiben. Damit bietet das KIT als Exzellenzuniversität seinen mehr als 10 000 Mitarbeitenden sowie seinen 22 800 Studierenden herausragende Möglichkeiten, eine nachhaltige und resiliente Zukunft zu gestalten. KIT – Science for Impact.
Paul Greule, Wantong Huang, Máté Stark, Kwan Ho Au-Yeung, Johannes Schwenk, Jose Reina-Gálvez, Christoph Sürgers, Wolfgang Wernsdorfer, Christoph Wolf, Philip Willke: Exchange-mediated spin-electric control of single molecules on surfaces. Nature Physics, 2026. DOI: 10.1038/s41567-026-03353-w
Attached files
  • Mit der gezielten elektrischen Steuerung molekularer quantenmechanischer Zustände eröffnen sich neue Möglichkeiten für effiziente Quantenbauelemente (Abbildung: Paul Greule, KIT)
Regions: Europe, Germany
Keywords: Science, Life Sciences, Chemistry, Applied science, Computing, Artificial Intelligence

Disclaimer: AlphaGalileo is not responsible for the accuracy of content posted to AlphaGalileo by contributing institutions or for the use of any information through the AlphaGalileo system.

Testimonials

For well over a decade, in my capacity as a researcher, broadcaster, and producer, I have relied heavily on Alphagalileo.
All of my work trips have been planned around stories that I've found on this site.
The under embargo section allows us to plan ahead and the news releases enable us to find key experts.
Going through the tailored daily updates is the best way to start the day. It's such a critical service for me and many of my colleagues.
Koula Bouloukos, Senior manager, Editorial & Production Underknown
We have used AlphaGalileo since its foundation but frankly we need it more than ever now to ensure our research news is heard across Europe, Asia and North America. As one of the UK’s leading research universities we want to continue to work with other outstanding researchers in Europe. AlphaGalileo helps us to continue to bring our research story to them and the rest of the world.
Peter Dunn, Director of Press and Media Relations at the University of Warwick
AlphaGalileo has helped us more than double our reach at SciDev.Net. The service has enabled our journalists around the world to reach the mainstream media with articles about the impact of science on people in low- and middle-income countries, leading to big increases in the number of SciDev.Net articles that have been republished.
Ben Deighton, SciDevNet

We Work Closely With...


  • The Research Council of Norway
  • SciDevNet
  • Swiss National Science Foundation
  • iesResearch
Copyright 2026 by AlphaGalileo Terms Of Use Privacy Statement