Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wissenschaftler erzeugen Quantenzustände mit ganzzahligem Spin in photonischem Gitter

22.06.2016

Fundamentale Teilcheneigenschaften sichtbar gemacht: Physikern um Prof. Dr. Cornelia Denz von der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster ist es gelungen, bestimmte quantenphysikalische Effekte zu erzeugen – mit Licht. Sie konnten erstmals Quantenzustände mit ganzzahligem Spin im Licht durch spezielle optische Wirbel sichtbar machen.

Effekte der Quantenphysik sind schwer fassbar. Einem Team von Physikern um Prof. Dr. Cornelia Denz vom Institut für Angewandte Physik der WWU ist es jedoch nun gelungen, bestimmte quantenphysikalische Effekte zu simulieren und sichtbar zu machen – mit Licht.


Die Herstellung des photonischen Lieb-Gitters mittels sogenannten Laserstrahlschreibens; zu erkennen ist die Bandstruktur des Gitters

Illustration: WWU/AG Denz

In einem speziellen photonischen Gitter breitet sich das Licht nach den Gesetzmäßigkeiten jener Wellenfunkionen aus, die in der Quantenphysik die Rotation von Teilchen beschreiben – den Spin.

Die Wissenschaftler konnten nun erstmals Quantenzustände mit ganzzahligem Spin ("Bosonen") im Licht durch spezielle optische Wirbel sichtbar machen. Andere Forscher hatten zuvor nur halbzahlige Spin-Systeme, sogenannte fermionische Spinsysteme, in photonischen Gittern simulieren können.

Der im photonischen Gitter realisierte Spin wird als Pseudospin bezeichnet. "Viele außergewöhnliche elektronische Eigenschaften bekannter Materialien wie Graphen können wir durch diesen Pseudospin sehr gut erklären", sagt Cornelia Denz.

Die Erkenntnisse seien zudem ein erster Schritt auf dem Weg, höhere Spinzustände zu untersuchen, welche bei den bisher bekannten Elementarteilchen nicht vorkommen. So könne Licht das Verhalten unbekannter und unentdeckter Elementarteilchen vorhersagen.

Die Entdeckung gelang den Wissenschaftlern in einem speziellen photonischen Gitter, das sie durch intensive Laserstrahlen in ein Glasplättchen eingraviert hatten. Dieser Lieb-Gitter genannte Kristall besteht aus drei identischen zweidimensionalen Wellenleitern, die den Pseudospin festlegen.

"Mit Licht können wir auch in kleinsten Dimensionen neuartige Materialien schaffen, die es wiederum ermöglichen, Licht mit ganz neuen Eigenschaften zu erzeugen", sagt Cornelia Denz. "Ein großer Vorteil dieser künstlichen optischen Kristalle ist, dass sie die quantenmechanischen Eigenschaften als Lichtintensität im wahren Wortsinn sichtbar machen."

Neben den Münsteranern waren Wissenschaftler der Australischen Nationaluniversität in Canberra und der Nazarbayev-Universität in Astana, Kasachstan, beteiligt.

Originalveröffentlichung:

Diebel F. et al. (2016): Conical Diffraction and Composite Lieb Bosons in Photonic Lattices. Phys. Rev. Lett.; DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.183902

Weitere Informationen:

http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.183902 Originalpublikation
https://www.uni-muenster.de/forschungaz/person/7358 Prof. Dr. Cornelia Denz/WWU-Forschungsdatenbank

Dr. Christina Heimken | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Speicherdauer von Qubits für Quantencomputer weiter verbessert
09.12.2016 | Forschungszentrum Jülich

nachricht Elektronenautobahn im Kristall
09.12.2016 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

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: Elektronenautobahn im Kristall

Physiker der Universität Würzburg haben an einer bestimmten Form topologischer Isolatoren eine überraschende Entdeckung gemacht. Die Erklärung für den Effekt findet sich in der Struktur der verwendeten Materialien. Ihre Arbeit haben die Forscher jetzt in Science veröffentlicht.

Sie sind das derzeit „heißeste Eisen“ der Physik, wie die Neue Zürcher Zeitung schreibt: topologische Isolatoren. Ihre Bedeutung wurde erst vor wenigen Wochen...

Im Focus: Electron highway inside crystal

Physicists of the University of Würzburg have made an astonishing discovery in a specific type of topological insulators. The effect is due to the structure of the materials used. The researchers have now published their work in the journal Science.

Topological insulators are currently the hot topic in physics according to the newspaper Neue Zürcher Zeitung. Only a few weeks ago, their importance was...

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Ein Nano-Kreisverkehr für Licht

09.12.2016 | Physik Astronomie

Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen

09.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Speicherdauer von Qubits für Quantencomputer weiter verbessert

09.12.2016 | Physik Astronomie