Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Riesenatome eingesperrt in Mikroglaszellen

11.01.2010
Riesenatome - in der Fachwelt als Rydbergatome bekannt - sind hochempfindliche Atome, bei denen ein Elektron den Kern nur schwach gebunden auf einer Bahn umkreist, die auf atomarer Skala riesige Ausmaße annimmt.

Gegenüber "normalen" Atomen, die kleiner sind als ein zehntel Nanometer, sind sie über 100 Nanometer groß. Ihre Empfindlichkeit macht sie besonders interessant für quantenlogische Operationen, denn sie können sich über viele Mikrometer hinweg "spüren" und eignen sich deshalb als Schaltelemente für Quantenzustände.

Andererseits scheint die Miniaturisierung solcher Quantenbauelemente durch die hohe Empfindlichkeit erschwert zu werden, denn Riesenatome reagieren auch sehr stark auf die sie umgebenden Wände. Nun haben Forscher am 5. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart gezeigt, dass Riesenatome unter bestimmten Umständen dennoch ohne große Störung in kleinsten Mikroglaszellen eingesperrt und beobachtet werden können.

Hierzu befüllten die Stuttgarter Physiker Mikroglaszellen mit "normalen" Atomen in der Dampfphase, die dann durch Laseranregung in ein Riesenatom verwandelt werden. Über die Arbeit berichtet die Fachzeitschrift "Nature Photonics" in ihrer Ausgabe vom 10. Januar.*) Nun sind Riesenatome in Mikroglaszellen "heiße Kandidaten" für miniaturisierte Quantenbauelemente.

Am 5. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart wird schon seit einigen Jahren mit Riesenatomen experimentiert, um zum Beispiel die Wechselwirkung zwischen den Riesenatomen und einem neuartigen Molekültyp zu untersuchen. Diese Experimente wurden an ultrakalten Atomen durchgeführt. Zur Erzeugung von ultrakalten Atomen sind aufwändige Vakuumapparaturen notwendig, um die Atome von jeglichem Kontakt mit der Außenwelt abzuschirmen. Die Atome werden dann mit Laserstrahlen und starken Magnetfeldern festgehalten und sehr nahe an den absoluten Nullpunkt gekühlt. Diese komplexen Aufbauten sind jedoch schwer anwendbar. Gesucht sind daher kompakte, leicht handhabbare Systeme, die leicht zu skalieren sind und mit den aktuellen Techniken in Serie produziert werden können.

Bewährte Technik neu genutzt
Die Technik zur Mikrostrukturierung von Glas ist inzwischen weit fortgeschritten und wird zum Beispiel zur Fertigung von Flachbildschirmen eingesetzt. Um sie nutzen zu können, muss aber erst das Verhalten von Rydbergatomen in der Nähe von Glasoberflächen untersucht werden. Würden die empfindlichen Riesenatome durch das Glas in der Nähe stark gestört werden, wäre keine Informationsverarbeitung mehr möglich. Der Arbeitsgruppe am 5. Physikalischen Institut der Uni Stuttgart ist es nun gelungen, die Wechselwirkung von Rydbergatomen mit Glaswänden zu untersuchen. Sie schlossen Atome des Alkalimetalls Rubidium zwischen zwei Glaswänden im Abstand von weniger als einem Mikrometer ein und bestimmten die Energieverschiebungen mit einem kohärenten Verfahren, das sehr empfindlich auf Informationsverlust reagiert. Sie stellten fest, dass verschiedene Zustände unterschiedlich stark in Wechselwirkung mit den Wänden stehen und identifizierten sogar einen bestimmten Zustand, der nahezu unbeeinflusst von den Wänden blieb. Es ist also prinzipiell möglich, Rydbergatome mit Strukturen aus Glas für die Quanteninformationsverarbeitung zu kombinieren.
*) Originalveröffentlichung: Harald Kübler, James P. Shaffer, Thomas Baluktsian, Robert Löw, Tilman Pfau: Coherent excitation of Rydberg atoms in micrometre-sized atomic vapour cells, Preprint-Version: http://arXiv.org/abs/0908.0275. Die Arbeit wurde von der Landesstiftung Baden-Württemberg sowie der Alexander von Humboldt Stiftung unterstützt.
Weitere Informationen bei Prof. Tilman Pfau, 5. Physikalisches Institut, Tel. 0711/685-68025, e-mail: t.pfau@physik.uni-stuttgart.de,

http://www.pi5.uni-stuttgart.de

Ursula Zitzler | idw
Weitere Informationen:
http://arXiv.org/abs/0908.0275
http://www.pi5.uni-stuttgart.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt
22.06.2017 | Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)

nachricht Innovative High Power LED Light Engine für den UV Bereich
22.06.2017 | Omicron - Laserage Laserprodukte GmbH

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: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Im Focus: Forscher entschlüsseln erstmals intaktes Virus atomgenau mit Röntgenlaser

Bahnbrechende Untersuchungsmethode beschleunigt Proteinanalyse um ein Vielfaches

Ein internationales Forscherteam hat erstmals mit einem Röntgenlaser die atomgenaue Struktur eines intakten Viruspartikels entschlüsselt. Die verwendete...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

Forschung zu Stressbewältigung wird diskutiert

21.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt

22.06.2017 | Physik Astronomie

Evolutionsbiologie: Wie die Zellen zu ihren Kraftwerken kamen

22.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Spinflüssigkeiten – zurück zu den Anfängen

22.06.2017 | Physik Astronomie