Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Stromübertragung auf atomarer Ebene

01.04.2014

Heidelberger Physiker entwickeln neuen Ansatz, Bauteile zur Signalverarbeitung aus einzelnen Atomen herzustellen

In einer Studie zum Transport von Atomen in ultrakalten Gasen hat ein Team von Physikern um Dr. Sandro Wimberger einen neuen Ansatz zu der Frage entwickelt, wie sich die Übertragung von Strom auf atomarer Ebene realisieren lässt.

Dies könnte für die Herstellung von logischen Bauelementen mit fest definierten Funktionen auf der Basis einzelner Atome von besonderer Bedeutung sein und zum Beispiel in Transistoren oder Dioden Anwendung finden.

Die am Institut für Theoretische Physik der Universität Heidelberg durchgeführten Forschungsarbeiten sind auf dem innovativen Feld der Atomtronics angesiedelt. Dabei geht es um das fundamentale Verständnis quantenmechanischer Effekte im Vergleich zur klassischen Elektronik.

Neue experimentelle Möglichkeiten, ultrakalte atomare Gase gezielt zu kontrollieren, erlauben die Bottom-Up-Herstellung und Untersuchung von logischen Bauelementen. Die Heidelberger Arbeitsgruppe von Dr. Wimberger befasst sich mit dem Transport einzelner Atome durch eine Kette von sogenannten Potentialtöpfen.

„In ganz anderen Größenordnungen können wir uns einen leeren Eierkarton vorstellen, in dem Eier durch die einzelnen Vertiefungen von einem Ende des Kartons zum anderen ,wandern‘“, so der Heidelberger Physiker. Die Atome verhalten sich bei diesen Untersuchungen kohärent, das heißt, dass sie im dynamischen Transportverlauf einer gemeinsamen festen Regel folgen. In diesem Fall ist ihr Verhalten komplett quantenmechanisch über die gesamte Kette der Potentialtöpfe hinweg. Gleichzeitig wechselwirken jedoch die verschiedenen Atome miteinander, was den Transport von einem in den nächsten Topf beeinflussen kann, wie Dr. Wimberger erläutert.

Analog zum Fließen von Elektronen in einem Festkörper, dem elektrische Spannung anliegt, arbeiten die Heidelberger Wissenschaftler mit bosonischen Atomen aus einem großen Teilchenreservoir, die an ein Gitter von Potentialtöpfen gekoppelt werden. Einzelne Bosonen fließen daraus über die Gitter-Kette zu einem kleineren Reservoir von Teilchen ab, wobei Strom erzeugt wird. „Dieser Strom ist abhängig von den Eigenschaften der Teilchenreservoire, vor allem aber von den Wechselwirkungen zwischen den Atomen“, sagt Anton Ivanov, der Erstautor der Studie und ehemaliger Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe von Dr. Wimberger ist.

Im Falle schwacher Wechselwirkung ist der Stromfluss nach Angaben der Heidelberger Wissenschaftler direkt proportional zum Unterschied der Teilchenzahlen in den beiden Reservoiren: Er steigt also mit der Teilchenzahldifferenz – die einer Spannung in einem elektrischen Stromkreis entspräche – linear an. Bei starker Wechselwirkung streuen die Atome untereinander und blockieren den Stromfluss, bis er ganz zum Erliegen kommt.

In ihrer Untersuchung verwendeten die Heidelberger Wissenschaftler einen analytischen Zugang, der durch numerische Rechnungen weitgehend bestätigt wurde. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „European Physical Journal“ veröffentlicht.

Originalpublikation:
A. Ivanov, G. Kordas, A. Komnik, S. Wimberger: Bosonic transport through a chain of quantum dots, European Physical Journal B (5 August 2013), doi: 10.1140/epjb/e2013-40417-4

Kontakt:
Dr. Sandro Wimberger
Institut für Theoretische Physik
Telefon (06221) 54- 5038
s.wimberger@itp.uni-heidelberg.de

Kommunikation und Marketing
Pressestelle
Telefon (06221) 54-2311
presse@rektorat.uni-heidelberg.de

Marietta Fuhrmann-Koch | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Studien Analysen:

nachricht Neue Studie „Education first! Bildung entscheidet über die Zukunft Sahel-Afrikas“
29.11.2017 | Berlin-Institut für Bevölkerung und Entwicklung

nachricht Zukunftsstudie zum Autoland Saarland veröffentlicht
29.11.2017 | Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Studien Analysen >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Im Focus: Scientists channel graphene to understand filtration and ion transport into cells

Tiny pores at a cell's entryway act as miniature bouncers, letting in some electrically charged atoms--ions--but blocking others. Operating as exquisitely sensitive filters, these "ion channels" play a critical role in biological functions such as muscle contraction and the firing of brain cells.

To rapidly transport the right ions through the cell membrane, the tiny channels rely on a complex interplay between the ions and surrounding molecules,...

Im Focus: Stabile Quantenbits

Physiker aus Konstanz, Princeton und Maryland schaffen ein stabiles Quantengatter als Grundelement für den Quantencomputer

Meilenstein auf dem Weg zum Quantencomputer: Wissenschaftler der Universität Konstanz, der Princeton University sowie der University of Maryland entwickeln ein...

Im Focus: Realer Versuch statt virtuellem Experiment: Erfolgreiche Prüfung von Nanodrähten

Mit neuartigen Experimenten enträtseln Forscher des Helmholtz-Zentrums Geesthacht und der Technischen Universität Hamburg, warum winzige Metallstrukturen extrem fest sind

Ultraleichte und zugleich extrem feste Werkstoffe – poröse Nanomaterialien aus Metall versprechen hochinteressante Anwendungen unter anderem für künftige...

Im Focus: Geburtshelfer und Wegweiser für Photonen

Gezielt Photonen erzeugen und ihren Weg kontrollieren: Das sollte mit einem neuen Design gelingen, das Würzburger Physiker für optische Antennen erarbeitet haben.

Atome und Moleküle können dazu gebracht werden, Lichtteilchen (Photonen) auszusenden. Dieser Vorgang verläuft aber ohne äußeren Eingriff ineffizient und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Innovative Strategien zur Bekämpfung von parasitären Würmern

08.12.2017 | Veranstaltungen

Hohe Heilungschancen bei Lymphomen im Kindesalter

07.12.2017 | Veranstaltungen

Der Roboter im Pflegeheim – bald Wirklichkeit?

05.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Goldmedaille für die praktischen Ergebnisse der Forschungsarbeit bei Nutricard

11.12.2017 | Unternehmensmeldung

Nachwuchs knackt Nüsse - Azubis der Friedhelm Loh Group für Projekte prämiert

11.12.2017 | Unternehmensmeldung

Mit 3D-Zellkulturen gegen Krebsresistenzen

11.12.2017 | Medizin Gesundheit