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 Der gestapelte Farbsensor
17.11.2017 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

nachricht Gefragtes Werkstoff-Knowhow: Fraunhofer LBF baut Elastomer-Forschung aus
16.11.2017 | Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

Börse für Zukunftstechnologien – Leichtbautag Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

IHP präsentiert sich auf der productronica 2017

17.11.2017 | Messenachrichten

Roboter schafft den Salto rückwärts

17.11.2017 | Innovative Produkte