Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Atome mit dem gewissen Twist

30.05.2016

Gewisse Materialien wie Metalle leiten den Strom, andere, sogenannte Isolatoren wie Glas oder Keramik nicht. Nun ist es Forschern der Universität Hamburg erstmals gelungen, die zentrale Kenngröße einer Klasse ganz neuer Materialien, der sogenannten „topologischen Quantenmaterialien“ zu vermessen. Von diesem speziellen „Twist“, einer trickreichen Verdrehung der Wege der Elektronen, hängen zum Beispiel die Leitfähigkeit und andere Eigenschaften ab. Die Ergebnisse eröffnen ganz neue Perspektiven für die Entwicklung neuer Quantenmaterialien, auch mit potenziellen Anwendungen bei zukünftigen Quantencomputern. Sie wurden nun im Fachmagazin „Science“ veröffentlicht.

In üblichen Materialien müssen sich Elektronen, die für den Stromtransport verantwortlich sind, ihren Weg durch gleichmäßig verteilte Hindernisse im Festkörper bahnen. In den topologischen Quantenmaterialien können sich Teilchen dagegen nur auf gewissen, mehr oder weniger verdrehten Wegen (die einen Twist beinhalten) bewegen und verhalten sich entsprechend den Gesetzen der Quantenphysik zudem wie Teilchen und Wellen gleichzeitig.


Abb. 1: Künstlerische Darstellung der berechneten Geometrie der Eigenstände der zwei Bloch-Bänder.

Copyright: Klaus Sengstock


Darstellung der experimentellen Daten der Tomographie und der Berry-Krümmung.

Copyright: Klaus Sengstock

Es gibt eine zentrale Eigenschaft, die die Topologie, also den Quanten-Twist dieser Materialien, komplett beschreiben kann: die „Berry Krümmung“, benannt nach dem englischen Physiker Michael Berry, der das Grundkonzept dazu bereits in den 1980er Jahren angelegt hat. Das Team um Prof. Dr. Klaus Sengstock und Dr. Christof Weitenberg vom Institut für Laserphysik der Universität Hamburg konnte die Berry Krümmung in einem Quantenmaterial nun erstmalig vollständig vermessen.

Die Physiker nutzten bewusst ein künstliches Quantenmaterial, das heute weltweit intensiv eingesetzt wird: atomare Wolken – sogenannte „ultrakalte Quantengase“ – in einem künstlichen Festkörper, gebildet aus Laserlicht. Nachdem die Atome, die in diesen Experimenten die Rolle von Elektronen in Festkörpern übernahmen, in das künstliche Material, das die zu untersuchende Topologie enthielt, eingebracht worden waren, konnte mithilfe weiterer Laser diese Topologie sehr präzise gemessen werden.

Dr. Weitenberg, der die Experimente betreute, betont: „Wir konnten bereits in diesen ersten Experimenten die Topologie eines künstlichen Materials bestimmen, und das ist erst der Anfang, wir alle sind sehr begeistert von den Möglichkeiten dieser neuen Methode.“

Prof. Sengstock ergänzt: „Neuartige Quantenmaterialien werden schon in naher Zukunft eine wichtige Rolle in den absehbaren Quantentechnologien spielen; Quantencomputer sind dabei besonders visionär und nur durch neue Konzepte zu verwirklichen.“

Materialien mit dem gewissen Twist können vermutlich dazu wichtige Beiträge liefern: „Es ist besonders spannend, in diesem Bereich zu forschen, da das Forschungsfeld dieser neuen Quantenmaterialien erst ganz am Anfang steht, vieles ist noch gar nicht erforscht“, so Prof. Sengstock.

Der Artikel in Science, Vol. 352, Issue 6289, pp. 1091-1094 (2016):

http://science.sciencemag.org/content/352/6289/1091.full

DOI: 10.1126/science.aad4568

Für Rückfragen:

Prof. Dr. Klaus Sengstock
Universität Hamburg
Institut für Laserphysik
Tel.: +49 40 8998-5201
E-Mail: sengstock@physik.uni-hamburg.de

Dr. Christof Weitenberg
Universität Hamburg
Institut für Laserphysik
Tel.: +49 40 8998-5204
E-Mail: cweitenb@physnet.uni-hamburg.de

Birgit Kruse | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen
17.02.2017 | Universität Konstanz

nachricht Zukunftsmusik: Neues Funktionsprinzip zur Erzeugung der „Dritten Harmonischen“
17.02.2017 | Laser Zentrum Hannover e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Im Focus: Breakthrough with a chain of gold atoms

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

Im Focus: Hoch wirksamer Malaria-Impfstoff erfolgreich getestet

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Im Focus: Sensoren mit Adlerblick

Stuttgarter Forscher stellen extrem leistungsfähiges Linsensystem her

Adleraugen sind extrem scharf und sehen sowohl nach vorne, als auch zur Seite gut – Eigenschaften, die man auch beim autonomen Fahren gerne hätte. Physiker der...

Im Focus: Weltweit genaueste und stabilste transportable optische Uhr

Optische Strontiumuhr der PTB in einem PKW-Anhänger – für geodätische Untersuchungen, weltweite Uhrenvergleiche und schließlich auch eine neue SI-Sekunde

Optische Uhren sind noch genauer als die Cäsium-Atomuhren, die gegenwärtig die Zeit „machen“. Außerdem benötigen sie nur ein Hundertstel der Messdauer, um eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

ANIM in Wien mit 1.330 Teilnehmern gestartet

17.02.2017 | Veranstaltungen

Ökologischer Landbau: Experten diskutieren Beitrag zum Grundwasserschutz

17.02.2017 | Veranstaltungen

Von DigiCash bis Bitcoin

16.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Stammzellen verlassen Blutgefäße in strömungsarmen Zonen des Knochenmarks

17.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

LODENFREY setzt auf das Workforce Mangement von GFOS

17.02.2017 | Unternehmensmeldung

50 Jahre JULABO : Erfahrung – Können & Weiterentwicklung!

17.02.2017 | Unternehmensmeldung