Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Quantenphysik mit Spin

21.09.2009
In der Grundlagenforschung von Patrik Recher kreist alles um den Spin, einen intrinsischen Drehimpuls im Elektron selbst, aus dem ein magnetisches Moment resultiert. Und sie könnte dazu beitragen, den Quantencomputer zu realisieren - einen Computer, der viele Aufgaben schneller lösen würde als die herkömmlichen Rechner.

Seit 1. August leitet der promovierte Physiker an der Universität Würzburg eine Emmy Noether-Nachwuchsgruppe, das Förderprogramm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für exzellente junge Wissenschaftler.

Die Nachwuchsgruppe "Korrelierter Spin Transport und Spin Manipulation in Graphen und Quanten Spin Hall Isolatoren" ist in der Abteilung Mesoskopische Physik der Theoretischen Physik angesiedelt und wird von der DFG über fünf Jahre mit rund 1,1 Millionen Euro gefördert.

Bei einer Messung zeigt der Elektronenspin entweder nach oben oder nach unten. Dabei entsprechen "spin up" und "spin down" den bits 0 und 1 im klassischen Computer, erklärt Patrik Recher. Im Unterschied zu 0 und 1 jedoch könnten sich im Quantenbit "up" und "down" überlagern und dadurch gleichzeitig auftreten - und damit die Leistungssteigerung ermöglichen. Das zentrale Problem jedoch, warum es diesen Quantencomputer noch nicht gibt, bestehe darin, dass diese Überlagerung in aller Regel nicht sehr stabil sei.

Der Prozess, wie diese Überlagerung sich auflöst, wird Dekohärenz genannt und durch die Kopplung der Spins an die Umgebung verursacht. Diese Kopplung ist sehr schwach in Graphen, dem erst vor kurzem entdeckten Untersuchungsmaterial von Patrik Recher. Dies sei vor allem der Tatsache geschuldet, dass diese Art Kohlenstoff, die dem der Bleistiftmine sehr nahe kommt, beinahe keine Atome mit Kernspins besitzt mit denen der Elektronenspin wechselwirken könnte.

Patrik Recher versteht sich als theoretischer Physiker, der Fragestellungen aufgreift und versucht, theoretische Modelle dafür zu entwickeln. Mit seiner Forschergruppe will er nun untersuchen, wie groß die Dekohärenz in Graphen tatsächlich ist und wie man die Spins mit elektrischen und magnetischen Feldern manipulieren kann. Und er will einen weiteren, fürs Quantencomputing ebenfalls wichtigen Aspekt studieren: Dass nämlich die Spins von Elektronen, die nebeneinander liegen und miteinander wechselwirken - den sogenannten verschränkten Elektronenpaaren - auch dann noch korrelieren, nachdem man sie räumlich getrennt hat.

Nicht zuletzt möchte er im Rahmen des Projekts die Elektron-Elektron Wechselwirkungen in einem sogenannten Randkanal anschauen, also in einem Strom von aneinandergereihten Elektronen, die alle die gleiche Spin-Richtung aufweisen. Dazu will er die bereits an Graphen gewonnenen Erkenntnisse auf die Quecksilber-Tellurid-Quantentröge übertragen - einem Material, das die benachbarte Arbeitsgruppe von Professor Laurens Molenkamp am Lehrstuhl für Experimentelle Physik III entwickelt hat und intensiv untersucht.

Mit dem Emmy Noether-Programm möchte die DFG Nachwuchswissenschaftlern einen Weg zu früher wissenschaftlicher Selbständigkeit ermöglichen. Indem sie eine eigene Nachwuchsgruppe leiten, sollen promovierte Forscher durch die in der Regel fünfjährige Förderung die Befähigung zum Hochschullehrer erhalten. Im Jahr 2008 hat die DFG in ganz Deutschland insgesamt 84 solcher Nachwuchsgruppen neu bewilligt.

Im Fall von Patrik Recher hat sie ein zukunftsweisendes Projekt gewürdigt. "Aber auch der Standort Würzburg wurde als sehr fördernd, geradezu als ideal, für mein Forschungsvorhaben angesehen", berichtet Recher. "Das sind vor allem die Gruppe von Professor Björn Trauzettel in der theoretischen Physik und die Gruppe von Professor Molenkamp in der experimentellen Physik."

Die DFG hat aber auch die eigenen Vorleistungen des 36-jährigen Schweizers honoriert, der an der Universität Basel Physik studiert hat und dort auch 2003 in theoretischer Physik promoviert wurde. So hat er zum Beispiel in seiner Dissertation Pionierarbeit bei der Frage geleistet, wie verschränkte und räumlich getrennte Elektronenpaare erzeugt werden können. 2004 bis 2006 forschte er in den USA an der Stanford Universität. 2006 bis 2008 ging er als Postdoc an die Universität Leiden und an das Kavli Institut für Nanowissenschaften in Delft in den Niederlanden und ist damit auch international gut vernetzt. Nach einem halben Jahr als Postdoc an der Universität Würzburg ist er seit August 2009 Emmy Noether-Nachwuchsgruppenleiter am Institut für Theoretische Physik und Astrophysik der Universität Würzburg und ist gerade dabei, sich seine Arbeitsgruppe aufzubauen.

Kontakt:
Dr. Patrik Recher,
T (0931) 318-0482,
E-Mail: precher@physik.uni-wuerzburg.de

Margarete Pauli | idw
Weitere Informationen:
http://www.physik.uni-wuerzburg.de/meso

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Neuartige Halbleiter-Membran-Laser
22.03.2017 | Universität Stuttgart

nachricht Seltene Erden: Wasserabweisend erst durch Altern
22.03.2017 | Universität Basel

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: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Im Focus: Auf der Spur des linearen Ubiquitins

Eine neue Methode ermöglicht es, den Geheimcode linearer Ubiquitin-Ketten zu entschlüsseln. Forscher der Goethe-Universität berichten darüber in der aktuellen Ausgabe von "nature methods", zusammen mit Partnern der Universität Tübingen, der Queen Mary University und des Francis Crick Institute in London.

Ubiquitin ist ein kleines Molekül, das im Körper an andere Proteine angehängt wird und so deren Funktion kontrollieren und verändern kann. Die Anheftung...

Im Focus: Tracing down linear ubiquitination

Researchers at the Goethe University Frankfurt, together with partners from the University of Tübingen in Germany and Queen Mary University as well as Francis Crick Institute from London (UK) have developed a novel technology to decipher the secret ubiquitin code.

Ubiquitin is a small protein that can be linked to other cellular proteins, thereby controlling and modulating their functions. The attachment occurs in many...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

Über Raum, Zeit und Materie

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Besser lernen dank Zink?

23.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Innenraum-Ortung für dynamische Umgebungen

23.03.2017 | Architektur Bauwesen