Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Erster Mikrochip für Materiewellen

09.10.2001


Der Mikrochip kann mit einem in der Mikroelektronik üblichen lithographischen Verfahren hergestellt werden.


Der Mikrochip ist verkehrt herum in einer evakuierten Glaszelle montiert. Eine Silberschicht auf dem Chip reflektiert Laserstrahlen, die zum Einfangen der Rubidium-Atome aus dem Hintergrundgas benötigt werden.


Münchner Max-Planck-Forschern gelingt "Quantensprung" bei Miniaturisierung von Atomlasern / Mikrochip eröffnet neue Forschungsmöglichkeiten und Anwendungen

... mehr zu:
»Atomlaser »Materiewelle »Mikrochip

Vor nicht einmal zwei Jahren wurde über den Bau der ersten Atomlaser berichtet (vgl. PRI C 1/2000: "Wenn sich Materie als Welle zeigt"). Diese erzeugen Atomstrahlen, deren Eigenschaften denen eines Lasers in vielem gleichen. Jetzt ist es Physikern am Max-Planck-Institut für Quantenoptik und der Ludwig-Maximilians-Universität in München gelungen, das Herzstück eines Atomlasers auf einem Mikrochip zu integrieren (Nature, 4. Oktober 2001). Damit wird die Erzeugung Laser-ähnlicher Materiewellen extrem vereinfacht, eine Leistung, die mit dem Übergang von einzelnen Transistor zur integrierten Mikroelektronik vergleichbar ist. Von Geräten mit Atomlasern erhofft man revolutionär neue Anwendungen, von der Hochpräzisionsmessung bis zum Quantencomputer.

Atome verhalten sich wie Wellen, die sich im Raum fortpflanzen und - ähnlich wie Lichtwellen - miteinander wechselwirken - das ist eine der wichtigsten Aussagen der Quantenmechanik. Wegen ihrer extremen Kleinheit und ihrer schnellen und unregelmäßigen Bewegung entziehen sich die Materiewellen jedoch dem Blick selbst der leistungsfähigsten Mikroskope. Das änderte sich vor einigen Jahren mit den ersten Experimenten zur "Bose-Einstein-Kondensation" drastisch: Mit Hilfe dieses lange vorausgesagten quantenmechanischen Effekts gelang es, Tausende von Atomen in den gleichen quantenmechanischen Zustand zu versetzen, und direkte Bilder dieser verstärkten atomaren Materiewelle aufzunehmen. Viele Wissenschaftler sind heute der Überzeugung, dass Bose-Einstein-Kondensate und Atomlaser zu revolutionär neuen Technologien führen werden - vergleichbar dem Laser, der so vielfältige Anwendungen wie Laser-Chirurgie, CD-Player oder Hochgeschwindigkeits-Telekommunikation erst ermöglicht hat. Wie die ersten Laser waren auch die ersten Atomlaser sehr komplizierte Apparaturen, die ganze Forschungslaboratorien ausfüllten. So verwendete man für den magnetischen Einschluss der Atome große, wassergekühlte Elektromagnete. Die Vakuumapparaturen mussten höchsten Ansprüchen genügen, um die Atome für lange Zeit von ihrer Umgebung zu isolieren und sie - für die Überführung in ein Bose-Einstein-Kondensat - fast bis auf den absoluten Nullpunkt abzukühlen.


Jetzt ist es Wolfgang Hänsel, Peter Hommelhoff, Theodor W. Hänsch und Jakob Reichel vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik und der Ludwig-Maximilians-Universität München gelungen, die Herstellung von Bose-Einstein-Kondensaten bedeutend zu vereinfachen - auf einem briefmarkengroßen Mikrochip. Mikroskopische Leiterbahnen auf dem Chip ersetzen die großen Elektromagnete. Die ultrakalte Atomwolke des Kondensates schwebt nur Bruchteile eines Millimeters über diesen Leiterbahnen. Sie läßt sich auf diese Weise viel feiner kontrollieren - und nebenbei verringert die neue Methode erheblich den Stromverbrauch. Durch stärkeren magnetischen Einschluss reduziert sich die Zeit für die Erzeugung des Bose-Einstein-Kondensats von etwa einer Minute auf nur wenige Sekunden. Das wiederum reduziert die Anforderungen an das Vakuumsystem.

Die miniaturisierte Technik für Bose-Einstein-Kondensate hat noch einen weiteren, möglicherweise bedeutenderen Vorteil: Mit ihrer Hilfe können - wie in der Mikroelektronik - auf einem einzelnen Chip mehrere atom-optische Elemente integriert werden. Bereits in ihrem ersten Experiment ist es den Münchener Forschern gelungen, das empfindliche Bose-Einstein-Kondensat in einer Art "magnetischem Förderband" zu transportieren, das durch Wechselströme in zusätzlichen Leiterbahnen bewegt wird. Das verdeutlicht die Vielseitigkeit der neuen Technik und eröffnet neue Möglichkeiten, z.B. für ein integriertes Interferometer für Materiewellen - ein extrem sensibler Magnetsensor, für weitere Grundlagenexperimente zur Bose-Einstein-Kondensation oder für Anwendungen in der Quanteninformationsverarbeitung. Bereits jetzt ist abzusehen, dass viele Forschungslaboratorien die neue Chiptechnologie übernehmen werden, um Bose-Einstein-Kondensate in eigenen Anwendungen einzusetzen.

Weitere Informationen erhalten Sie von:

Dr. Jakob Reichel
Max-Planck-Institut für Quantenoptik
Ludwig-Maximilian-Universität München
Tel.: 0 89 / 21 80 - 39 39 oder - 39 37
Fax: 0 89 / 28 51 92
E-Mail: jakob.reichel@physik.uni-muenchen.de

| Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/pri01/pri0159.pdf
http://www.mpq.mpg.de/
http://www.uni-muenchen.de/

Weitere Berichte zu: Atomlaser Materiewelle Mikrochip

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin
23.01.2017 | Ferdinand-Braun-Institut Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik

nachricht Einblicke ins Atom
23.01.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

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: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wie der Nordatlantik zum Wärmepirat wurde

23.01.2017 | Geowissenschaften

Immunabwehr ohne Kollateralschaden

23.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

23.01.2017 | Physik Astronomie