Unsere Welt besteht aus Atomen, deren Eigenschaften durch die Gesetze der Quantenmechanik bestimmt werden. Ohne das Aufkommen der Quantenmechanik während der ,,ersten Quantenrevolution" zu Beginn des letzten Jahrhunderts würden die physikalischen Eigenschaften (z. B. Farbe, Leitfähigkeit oder Härte) von Materialien, auf denen unsere heutigen Technologien aufgebaut sind, schwer fassbar bleiben. In den meisten Materialien, die wir aus unserem täglichen Leben kennen und manipulieren, sind Quantenaspekte wie Tunneling, Phasenkohärenz oder Verschränkung jedoch kaum wahrnehmbar und könnten als Laborbesonderheit erscheinen. Diese Effekte treten jedoch in vielen Aspekten der Physik von Quantenmaterialien auf, die beispielsweise Supraleiter, topologische Isolatoren oder Spinflüssigkeiten umfassen. Die Suche nach einem Verständnis, der Entwicklung und der Manipulation dieser faszinierenden und ziemlich komplexen Phänomene in Materialien und Geräten ist einer der Eckpfeiler der beginnenden "zweiten Quantenrevolution", welche die kritische Informations- und Energietechnologien grundlegend verändern wird. In diesem Vortrag wird eine pädagogische Einführung in die Physik und Phänomene der Quantenmaterialien gegeben, sowie in die Herausforderungen, mit denen wir beim Versuch, sie zu verstehen, konfrontiert sind. Im zweiten Teil werden einige Beispiele für konkrete Anwendungen der exotischen Eigenschaften dieser Materialien vorgestellt.

Festkörperforschung steht im Zentrum der modernen Wissenschaft und ermöglicht Einsichten in den Zusammenhalt fester Materie. Mit ihrer Hilfe können Materialien für Funktionen, die für unsere Welt von entscheidender Bedeutung sind, maßgeschneidert werden. Der Vortrag zeigt dies am Beispiel der Energieforschung und speziell der Elektrochemie auf. Die Elektrochemie ermöglicht die gegenseitige Umwandlung von chemischer Energie und elektrischer Energie. Dies ist nicht nur mit einer enormen Speicherdichte verbunden; die Umwandlung kann auch schnell und mit hohem Wirkungsgrad erfolgen. Es wird gezeigt, dass insbesondere die Schnittstelle zwischen Elektrochemie und Festkörperforschung maßgeblich für ein tieferes Verständnis der Vorgänge ist. Im Speziellen beschreibt der Vortrag die Stellschrauben zur Verbesserung elektrochemischer Prozesse in Batterie- und Brennstoffzellen und diskutiert die Relevanz neuartiger physikalisch-chemischer Konzepte

Viele elektronische Bauelemente, unter anderem Leuchtdioden, Feldeffekt-Transistoren und Solarzellen, können nicht nur aus traditionellen anorganischen Halbleitermaterialien, wie z. B. Silizium oder Galliumarsenid hergestellt werden, sondern auch aus dünnen Schichten spezieller organischer Moleküle. Dabei handelt es sich um konjugierte Kohlenwasserstoffe, die aufgrund ihrer atomaren Bindungsstruktur und der Wechselwirkungen zwischen benachbarten Molekülen innerhalb der Schicht halbleitende Eigenschaften besitzen. Weil sich organische Halbleiterschichten bei viel niedrigeren Temperaturen und viel leichter auf größeren Flächen verarbeiten lassen als anorganische Halbleiter, ergeben sich für organische elektronische Bauelemente eine Reihe völlig neuer Anwendungen, beispielsweise großflächige Lampen, biegsame Bildschirme und digitale Schaltkreise auf dünnen Folien oder Papier.

Kaum eine andere Wissenschaftsdisziplin hat die modernen Naturwissenschaften so nachhaltig geprägt wie die Nanowissenschaft. Tief verwurzelt in der Quantenmechanik einerseits und der Kolloidchemie des späten 19. Jahrhunderts andererseits, ebnete die Nanowissenschaft einer Reihe von Schlüsseltechnologien des 20. Jahrhunderts den Weg und ist heute aus Sonnencremes, Smartphones oder Solarzellen nicht mehr wegzudenken.  Die Erschließung der Nanowelt eröffnete erstmals experimentelle Zugänge zu einem kritischen Größenbereich – 10^-9 m – der durch die Gesetze der Quantenmechanik dominiert ist. Am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung arbeiten Physiker und Chemiker Hand in Hand und entwickeln immer präzisere Methoden, um die kleinsten Bausteine der Materie nicht nur zu visualisieren, sondern auch zu kontrollieren und zu komplexen Strukturen mit völlig neuen Eigenschaften zusammenzufügen – und das auf kleinstem Raum. Denn: “There is plenty of room at the bottom“ (Richard Feynman). Diese Zwergenwelt am Grunde der Materie wollen wir in diesem Vortrag betreten und ihre Ursprünge, Konzepte sowie ihre Bedeutung für den technologischen Fortschritt kennenlernen.  Vortrag auch im Rahmen des 1. Stuttgarter Wissenschaftsfestivals
"Smart und clever"