Quanten/Quanta sind grundlegende Konzepte im Bereich der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, die ihren Ursprung in der Quantenmechanik haben, einem Teilgebiet der Physik, das das Verhalten von Teilchen auf atomarer und subatomarer Ebene erklärt. Ein Quant (Plural: Quanta) bezieht sich auf die kleinste mögliche diskrete Einheit einer physikalischen Eigenschaft wie Energie oder Materie.

Im Kern versucht die Quantenmechanik das Verhalten von Elektronen, Photonen und anderen subatomaren Teilchen zu beschreiben und liefert dabei einen Rahmen, der einen großen Teil der modernen Materialwissenschaft untermauert. Die Prinzipien der Quantenmechanik sind entscheidend für das Verständnis von Phänomenen wie elektrischer Leitfähigkeit, Magnetismus und den optischen Eigenschaften von Materialien.

Eines der Schlüsselkonzepte in der Quantenmechanik ist die Idee der Energiequantisierung. Im Gegensatz zur klassischen Mechanik, in der Energie als kontinuierlich angesehen wird, sind in der Quantenmechanik die Energieniveaus diskret. Zum Beispiel kann ein Elektron in einem Atom nur bestimmte Energieniveaus einnehmen und kann von einem Niveau zum anderen springen, indem es ein Energiequantum in Form eines Photons absorbiert oder emittiert.

Der Begriff Flussquantum ist ein weiterer relevanter Begriff, der besonders in der Supraleitung von Bedeutung ist. Ein Flussquantum oder Fluxon ist das Quantum des magnetischen Flusses, das durch einen Supraleiter hindurchtritt. Die Quantisierung des magnetischen Flusses ist eine wichtige Idee beim Entwurf und Betrieb von supraleitenden Materialien.

Quantenmechanische Studien beinhalten die Untersuchung dieser Quantenphänomene mit verschiedenen Techniken und Instrumenten wie Quantenpunkten oder Tunnelmikroskopen, um das Verhalten und die Eigenschaften von Materialien im Nanobereich zu erforschen. Diese Studien haben zu bedeutenden Fortschritten geführt, einschließlich der Entwicklung neuer Materialien und Technologien wie Halbleiter, Quantencomputer und fortgeschrittener nanostrukturierter Materialien.