Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Partnersuche im Eierkarton

25.09.2006
Max-Planck-Forscher verschmelzen Rubidiumatome in einem Mott-Isolator zu Molekülen

Moleküle könnten die Informationsträger der Zukunft sein - sie gelten jedenfalls als mögliche Kandidaten für Quantenbits, den Speicher- und Recheneinheiten eines Quantencomputers. Physiker des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik in Garching haben jetzt Moleküle in einer regelmäßigen Anordnung hergestellt, die einem Mott-Isolator ähnelt. Moleküle so geordnet zu gruppieren und zu fixieren, ist eine wichtige Bedingung, um mit ihnen Informationen zu verarbeiten. Die Wissenschaftler fixierten dazu Rubidium-Atome in einem Gitter aus überlagerten Laserstrahlen, das an einen Eierkarton erinnert. In jede Mulde des Eierkartons füllten sie zwei Atome. Diese verschmolzen sie anschließend mit Hilfe eines Magnetfeldes zu Molekülen. (Nature Physics, 24. September 2006 / DOI: 10.1038/nphys415)


Atome und Moleküle im optischen Gitter: Im Zentrum sitzt an jedem Gitterplatz ein Molekül (rot), am Rand besetzen einzelne Rubidiumatome die Plätze (gelb). In Wirklichkeit fangen die Garchinger Physiker mehrere Zehntausend Atome in dem Gitter und blasen die Atome mit einem Laser weg, die sie nicht zu Molekülen zusammengeführt haben. Bild: MPI für Quantenoptik


Atome und Moleküle im Interferenz-Bild: Links erzeugen die Atome ein Interferenzmuster, das an den Satellitenpeaks zu erkennen ist. In der Mitte befinden sich Moleküle und Atome in dem Gitter. Die Moleküle sind unsichtbar, das Signal stammt von den Atomen auf einzelnen Gitterplätzen. Rechts haben die Physiker die Molekülbindungen wieder gelöst, so dass wieder alle Atome zum Interferenzsignal beitragen. Bild: MPI für Quantenoptik

Moleküle sind für Physiker besonders interessant, um Quanteninformationen zu verarbeiten. Denn Moleküle können elektrisch wechselwirken - zumindest wenn sie polar sind, sich also aus unterschiedlichen Atomen zusammensetzen und einen positiven und einen negativen Ladungspol besitzen. Um als Quantenbit brauchbar zu sein, müssen sich die Moleküle aber nahe des absoluten Temperaturnullpunkts fast zum Stillstand bringen lassen - zum Beispiel in einem Eierkarton aus Laserlicht. Doch anders als einzelne Atome lassen sich Moleküle nicht so leicht abbremsen und kühlen, weil ihre Atome auch gegeneinander schwingen und sich das ganze Molekül um mehrere Achsen drehen kann.

Um dieses Problem zu lösen, haben die Garchinger Forscher einen Trick angewandt: "Wir umgehen diese Schwierigkeit, da wir die Moleküle erst an den einzelnen Plätzen des Gitters erzeugen", sagt Prof. Gerhard Rempe, Direktor am Max-Planck-Institut für Quantenoptik. Die Forscher aus seiner Abteilung haben dafür zunächst einen Mott-Isolator aus Rubidium-Atomen erzeugt. Sie haben ein atomares Rubidium-Gas bis auf ein zehnmillionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt abgekühlt und dieses Bose-Einstein-Kondensat in einem optischen Gitter eingefangen. Darin ordneten sich die Atome wie in gestapelten Eierkartons aus Licht. Die Erhebungen und Mulden der Eierkartons formen die Physiker, indem sie mehrere Laserstrahlen in geeigneter Weise überlagern. Sind die Mulden tief genug, können die Atome die Mulden nicht verlassen. Es bildet sich der sehr geordnete Zustand des Mott-Isolators. Die Garchinger Physiker haben nun einen Mott-Isolator erzeugt, in dessen Mitte die Rubidium-Atome zu zweit in den Mulden sitzen. Nur am Rand des optischen Gitters gibt es Mulden mit einzelnen Atomen.

... mehr zu:
»Atom »Molekül »Mott-Isolator

In den Mulden, in denen zwei Atome liegen, bilden die Physiker dann Pärchen. Dazu nutzen sie die Feshbach-Resonanz: Indem sie ein Magnetfeld anlegen und seine Stärke langsam verändern, bringen sie die Teilchen zusammen. Es wird für die Atome ab einer bestimmten Stärke des Magnetfeldes nämlich energetisch günstiger, eine Bindung zu ihrem jeweiligen Partner im Eierkarton einzugehen, als weiter ein Single-Dasein zu fristen.

Die Atome, die keinen Partner in ihrer Mulde haben und deshalb zum Single-Dasein verdammt sind, entfernen die Physiker anschließend aus dem Gitter. Für sie gibt es keine Verwendung mehr, wie Gerhard Rempe ausführt: "Wir haben mit einem Laserstrahl alle einzelnen Atome aus dem Gitter weggeblasen und hatten dann einen Zustand mit genau einem Molekül an jedem Platz des optischen Gitters."

Die Bindung der Atome untereinander hält aber nur, solange es die Physiker zulassen: Fahren sie das Magnetfeld auf den ursprünglichen Wert zurück, trennen sich die Atome voneinander und nehmen wieder ihren Ausgangzustand ein. Diesen Umstand nutzen die Max-Planck-Wissenschaftler, um zu beweisen, dass ihr Experiment gelungen ist. Denn sie können nur die Atome nachweisen. Die Moleküle aus zwei Rubidium-Atomen sind für sie unsichtbar. "Da wir die Bindung zwischen den Atomen lösen und dann wieder zwei Atome in den Mulden beobachten konnten, haben wir ausgeschlossen, dass die Moleküle einfach aus dem Gitter entwischt sind", sagt Thomas Volz, der das Experiment zusammen mit seinen Kollegen durchgeführt hat.

Als nächster Schritt bietet es sich nun an, die Technik des Garchinger Experimentes auf polare Moleküle zu übertragen, die als Quantenbits besonders interessant sind.

Originalveröffentlichung:

Thomas Volz, Niels Syassen, Dominik M. Bauer, Eberhard Hansis, Stephan Dürr and Gerhard Rempe

Preparation of a quantum state with one molecule at each site of an optical lattice

Dr. Andreas Trepte | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Atom Molekül Mott-Isolator

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Quantenverschränkung auf den Kopf gestellt
22.05.2018 | Universität Innsbruck

nachricht Kosmische Ravioli und Spätzle
22.05.2018 | Universität Bern

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: Kosmische Ravioli und Spätzle

Die inneren Monde des Saturns sehen aus wie riesige Ravioli und Spätzle. Das enthüllten Bilder der Raumsonde Cassini. Nun konnten Forscher der Universität Bern erstmals zeigen, wie diese Monde entstanden sind. Die eigenartigen Formen sind eine natürliche Folge von Zusammenstössen zwischen kleinen Monden ähnlicher Grösse, wie Computersimulationen demonstrieren.

Als Martin Rubin, Astrophysiker an der Universität Bern, die Bilder der Saturnmonde Pan und Atlas im Internet sah, war er verblüfft. Die Nahaufnahmen der...

Im Focus: Self-illuminating pixels for a new display generation

There are videos on the internet that can make one marvel at technology. For example, a smartphone is casually bent around the arm or a thin-film display is rolled in all directions and with almost every diameter. From the user's point of view, this looks fantastic. From a professional point of view, however, the question arises: Is that already possible?

At Display Week 2018, scientists from the Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP will be demonstrating today’s technological possibilities and...

Im Focus: Raumschrott im Fokus

Das Astronomische Institut der Universität Bern (AIUB) hat sein Observatorium in Zimmerwald um zwei zusätzliche Kuppelbauten erweitert sowie eine Kuppel erneuert. Damit stehen nun sechs vollautomatisierte Teleskope zur Himmelsüberwachung zur Verfügung – insbesondere zur Detektion und Katalogisierung von Raumschrott. Unter dem Namen «Swiss Optical Ground Station and Geodynamics Observatory» erhält die Forschungsstation damit eine noch grössere internationale Bedeutung.

Am Nachmittag des 10. Februars 2009 stiess über Sibirien in einer Höhe von rund 800 Kilometern der aktive Telefoniesatellit Iridium 33 mit dem ausgedienten...

Im Focus: Bose-Einstein-Kondensat im Riesenatom - Universität Stuttgart untersucht exotisches Quantenobjekt

Passt eine ultrakalte Wolke aus zehntausenden Rubidium-Atomen in ein einzelnes Riesenatom? Forscherinnen und Forschern am 5. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart ist dies erstmals gelungen. Sie zeigten einen ganz neuen Ansatz, die Wechselwirkung von geladenen Kernen mit neutralen Atomen bei weitaus niedrigeren Temperaturen zu untersuchen, als es bisher möglich war. Dies könnte einen wichtigen Schritt darstellen, um in Zukunft quantenmechanische Effekte in der Atom-Ion Wechselwirkung zu studieren. Das renommierte Fachjournal Physical Review Letters und das populärwissenschaftliche Begleitjournal Physics berichteten darüber.*)

In dem Experiment regten die Forscherinnen und Forscher ein Elektron eines einzelnen Atoms in einem Bose-Einstein-Kondensat mit Laserstrahlen in einen riesigen...

Im Focus: Algorithmen für die Leberchirurgie – weltweit sicherer operieren

Die Leber durchlaufen vier komplex verwobene Gefäßsysteme. Die chirurgische Entfernung von Tumoren ist daher oft eine schwierige Aufgabe. Das Fraunhofer-Institut für Bildgestützte Medizin MEVIS hat Algorithmen entwickelt, die die Bilddaten von Patienten analysieren und chirurgische Risiken berechnen. Leberkrebsoperationen werden damit besser planbar und sicherer.

Jährlich erkranken weltweit 750.000 Menschen neu an Leberkrebs, viele weitere entwickeln Lebermetastasen aufgrund anderer Krebserkrankungen. Ein chirurgischer...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungen

„Data Science“ – Theorie und Anwendung: Internationale Tagung unter Leitung der Uni Paderborn

18.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Kosmische Ravioli und Spätzle

22.05.2018 | Physik Astronomie

Licht zur Herstellung energiereicher Chemikalien nutzen

22.05.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics