Das ohmsche Gesetz ist offenbar nicht immer gültig. Dabei gehorchten bislang nahezu alle bekannten leitenden Materialien dieser aus der Schulphysik bekannten Gesetzmäßigkeit. Sie besagt, dass die Stromstärke mit der angelegten Spannung linear anwächst – die eine Größe nimmt also im gleichen Maße wie die andere zu oder ab. Das macht es möglich, das Verhältnis von Spannung und Stromstärke durch eine dritte Messgröße auszudrücken: den Widerstand.

Doch nun haben Forscher um Dongwoo Shin von der Naturwissenschaftlich-Technischen Universität Pohang in Südkorea ein Material aufgespürt, in dem das ohmsche Gesetz zusammenbricht: In ihm sind Strom und Spannung nicht immer linear zueinander, berichtet das Team im Fachmagazin "Nature Materials".

Die Materialwissenschaftler untersuchten ein so genanntes Weyl-Metall namens Bi_0,96 Sb_0,04. Bei der Materialklasse handelt es sich um spezielle Kristalle, die Wissenschaftler erstmals 2015 hergestellt haben. Die Elektronen im Inneren verhalten sich wie masselose Quasiteilchen, die sich immerzu mit gleicher Geschwindigkeit bewegen. Physiker machen die "chirale Anomalie" zwischen linkshändigen und rechtshändigen Quasiteilchen für ihre eigenartigen Transporteigenschaften verantwortlich. Durch sie werden Energieniveaus zugänglich, die Festkörpern exotische Eigenschaften verleihen können. Weyl-Metalle ähneln damit topologischen Isolatoren, für deren Entdeckung Forscher 2016 den Physiknobelpreis erhielten.

In Bi_0,96 Sb_0,04 bedarf es eines Magnetfeldes und Temperaturen nahe dem Temperaturnullpunkt damit das Material seinen exotischen Charakter offenbart. Senkrecht zu den Feldlinien wächst die Stromstärke noch linear mit der angelegten Spannung an, das ohmsche Gesetz war also gültig, berichtet das Team um Dongwoo Shin. Bei Strom, der entlang des äußeren Felds floss, bricht das Gesetz allerdings zusammen: In diesem Fall nimmt die Leitfähigkeit quadratisch mit der angelegten Spannung zu.

Das mache Bi_0,96 Sb_0,04 zum ersten leitenden Material, in dem das ohmsche Gesetz nur teilweise gültig ist, schreiben die Materialforscher. Sie fordern deshalb, die Definition von Metallen zu überdenken und sie nicht nur über ihren Widerstand zu klassifizieren. Die Nichtlinearität könnte Experten dabei helfen, exotische Materialien zu beschreiben und ihre bisherigen Modelle zu erweitern.