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 Massenverlust des Antarktischen Eisschilds hat sich beschleunigt
14.06.2018 | Technische Universität Dresden

nachricht Teure Flops: Nur 5% der Innovationsideen werden erfolgreich
12.06.2018 | Institut für angewandte Innovationsforschung e.V.

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: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Im Focus: First real-time test of Li-Fi utilization for the industrial Internet of Things

The BMBF-funded OWICELLS project was successfully completed with a final presentation at the BMW plant in Munich. The presentation demonstrated a Li-Fi communication with a mobile robot, while the robot carried out usual production processes (welding, moving and testing parts) in a 5x5m² production cell. The robust, optical wireless transmission is based on spatial diversity; in other words, data is sent and received simultaneously by several LEDs and several photodiodes. The system can transmit data at more than 100 Mbit/s and five milliseconds latency.

Modern production technologies in the automobile industry must become more flexible in order to fulfil individual customer requirements.

Im Focus: ALMA entdeckt Trio von Baby-Planeten rund um neugeborenen Stern

Neuartige Technik, um die jüngsten Planeten in unserer Galaxis zu finden

Zwei unabhängige Astronomenteams haben mit ALMA überzeugende Belege dafür gefunden, dass sich drei junge Planeten im Orbit um den Säuglingsstern HD 163296...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Event News

Munich conference on asteroid detection, tracking and defense

13.06.2018 | Event News

2nd International Baltic Earth Conference in Denmark: “The Baltic Sea region in Transition”

08.06.2018 | Event News

ISEKI_Food 2018: Conference with Holistic View of Food Production

05.06.2018 | Event News

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

Neuer Abwehrmechanismus gegen Sauerstoffradikale entdeckt

18.06.2018 | Biowissenschaften Chemie

Umwandlung von nicht-neuronalen Zellen in Nervenzellen

18.06.2018 | Biowissenschaften Chemie

Im Fußballfieber: Rittal Cup verspricht Spannung und Spaß

18.06.2018 | Unternehmensmeldung

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