Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Materialien mit ultrakalten Atomen untersuchen

05.12.2008
Forscher nutzen Gitter aus Licht als Baukasten / Jülicher Supercomputer bestätigt Modell

Zukünftige Technologien von der Informationstechnik bis hin zur Hochtemperatursupraleitung erfordern neuartige Materialien mit maßgeschneiderten elektronischen Eigenschaften.

Mit einem neuartigen Quantensimulator aus ultrakalten Atomen in einem Lichtgitter können Wissenschaftler wie mit einem Baukasten neue Materialien erzeugen und untersuchen. Physikern des Forschungszentrums Jülich, der Universität Mainz und der Universität zu Köln gelang es jetzt sogar, mit dieser Versuchsanordnung eines der spektakulärsten elektronischen Phänomene darzustellen. Darüber berichtet die Fachzeitschrift "Science" in ihrer aktuellen Ausgabe.

Die Untersuchung von komplexen Materialien wie Hochtemperatursupraleitern ist wegen der vorhandenen Unordnung und vieler konkurrierender Wechselwirkungen in echten kristallinen Materialien problematisch. "Dies macht es schwierig, die Rolle der spezifischen Wechselwirkungen zu bestimmen und insbesondere zu entscheiden, ob abstoßende Wechselwirkungen zwischen Elektronen allein die Hochtemperatursupraleitfähigkeit erklären können", erläutert Dr. Theodoulos Costi vom Institut für Festkörperforschung des Forschungszentrums Jülich, Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft.

Atome in einem Lichtgitter können als Quantensimulator für eine Vielzahl von interessanten Phänomenen, wie dem oben beschriebenen dienen. Sie bieten ein flexibles Modellsystem in einer gut kontrollierten Umgebung und können beispielsweise Elektronen in fester, sogenannter kondensierter, Materie simulieren. Die Physiker bringen für ihr Verfahren ultrakalte Atome mit einem Lichtgitter in eine Kristallstruktur und schalten gezielt zwischen metallischen und isolierenden Zuständen.

Den Forschern gelang es, mit diesem Quantensimulator eines der spektakulärsten elektronischen Phänomene zu simulieren: Wenn die Wechselwirkungen zwischen den Elektronen zu stark werden, kann ein Metall plötzlich seine Leitfähigkeit verlieren. Der resultierende sogenannte Mott-Isolator ist wahrscheinlich das wichtigste Beispiel für einen Zustand starker elektronischer Wechselwirkungen in der Physik der kondensierten Materie, da er einen Ansatzpunkt für die Untersuchung des Quantenmagnetismus liefert. Darüber hinaus findet man diesen Isolatorzustand in unmittelbarem Zusammenhang mit der Hochtemperatursupraleitung.

Die Versuchsanordnung in Mainz erlaubt es, die Dichte der Atome und die Stärke der abstoßenden Wechselwirkung zwischen den Atomen unabhängig voneinander einzustellen. Durch die Untersuchung des Verhaltens der Atome bei steigendem Druck und verstärkten Wechselwirkungen gelang es den Experimentatoren um Prof. Immanuel Bloch der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, den Mott-Isolator im Quantengas der Atome nachzuweisen.

Der Vergleich mit theoretischen Berechnungen von Gruppen in Jülich und Köln, die umfangreiche Simulationen an einem Jülicher Supercomputer erforderten, ergab eine ausgezeichnete Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment. Zudem zeigten die Forscher durch diese Berechnungen, dass eine unter der Abkürzung DMFT (Dynamische Molekularfeld-Theorie) bekannte Schlüsselmethode der Theorie der kondensierten Materie auch auf reale Systeme anwendbar ist. Die Forscher erwarten, dass ihre theoretischen und experimentellen Verfahren zur Untersuchung von Quanten-Vielteilchen-Zuständen in Lichtgittern schon bald von anderen Gruppen übernommen werden.

Original-Veröffentlichung:
Metallic and Insulating Phases of Repulsively Interacting Fermions in a 3D Optical Lattice;
U. Schneider, L. Hackermueller, S. Will, Th. Best, I. Bloch, T. A. Costi, R. W. Helmes, D. Rasch und A. Rosch;

Science (5. Dezember 2008)

Pressekontakt:
Angela Wenzik, Wissenschaftsjournalistin,
Forschungszentrum Jülich, Institut für Festkörperforschung
52425 Jülich, Tel.: 02461 61-6048, E-Mail: a.wenzik@fz-juelich.de
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de - Forschungszentrum Jülich
http://www.fz-juelich.de/iff/d_th3/ - Institut für Festkörperforschung (IFF-3)
http://www.fz-juelich.de/nic/ - John von Neumann-Institut für Computing (NIC)
http://www.fz-juelich.de/ias/ - Institute for Advanced Simulation
http://www.quantum.physik.uni-mainz.de/ - Ultrakalte Quantengase an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz

http://www.thp.uni-koeln.de/ - Institut für Theoretische Physik an der Universität Köln

Peter Schäfer | idw
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Fraunhofer IFAM erweitert den Forschungsbereich »Beschichtungen für Bewuchs- und Korrosionsschutz«
11.01.2017 | Fraunhofer IFAM

nachricht Schrauben mit Köpfchen
10.01.2017 | Technische Universität Chemnitz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Im Focus: Mit Bindfaden und Schere - die Chromosomenverteilung in der Meiose

Was einmal fest verbunden war sollte nicht getrennt werden? Nicht so in der Meiose, der Zellteilung in der Gameten, Spermien und Eizellen entstehen. Am Anfang der Meiose hält der ringförmige Proteinkomplex Kohäsin die Chromosomenstränge, auf denen die Bauanleitung des Körpers gespeichert ist, zusammen wie ein Bindfaden. Damit am Ende jede Eizelle und jedes Spermium nur einen Chromosomensatz erhält, müssen die Bindfäden aufgeschnitten werden. Forscher vom Max-Planck-Institut für Biochemie zeigen in der Bäckerhefe wie ein auch im Menschen vorkommendes Kinase-Enzym das Aufschneiden der Kohäsinringe kontrolliert und mit dem Austritt aus der Meiose und der Gametenbildung koordiniert.

Warum sehen Kinder eigentlich ihren Eltern ähnlich? Die meisten Zellen unseres Körpers sind diploid, d.h. sie besitzen zwei Kopien von jedem Chromosom – eine...

Im Focus: Der Klang des Ozeans

Umfassende Langzeitstudie zur Geräuschkulisse im Südpolarmeer veröffentlicht

Fast drei Jahre lang haben AWI-Wissenschaftler mit Unterwasser-Mikrofonen in das Südpolarmeer hineingehorcht und einen „Chor“ aus Walen und Robben vernommen....

Im Focus: Wie man eine 80t schwere Betonschale aufbläst

An der TU Wien wurde eine Alternative zu teuren und aufwendigen Schalungen für Kuppelbauten entwickelt, die nun in einem Testbauwerk für die ÖBB-Infrastruktur umgesetzt wird.

Die Schalung für Kuppelbauten aus Beton ist normalerweise aufwändig und teuer. Eine mögliche kostengünstige und ressourcenschonende Alternative bietet die an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

14. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

12.01.2017 | Veranstaltungen

Leipziger Biogas-Fachgespräch lädt zum "Branchengespräch Biogas2020+" nach Nossen

11.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltweit erste Solarstraße in Frankreich eingeweiht

16.01.2017 | Energie und Elektrotechnik

Proteinforschung: Der Computer als Mikroskop

16.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Vermeintlich junger Stern entpuppt sich als galaktischer Greis

16.01.2017 | Physik Astronomie