Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mit Ultraschall in die Quantenwelt

05.03.2020

Die meisten Quantenexperimente werden heute mit Hilfe von Licht kontrolliert, so auch in der Nanomechanik, wo winzige Teilchen mit elektromagnetischen Feldern so stark abgekühlt werden, dass sie Quanteneigenschaften zeigen. Nun schlagen Innsbrucker Physiker um Oriol Romero-Isart vor, Mikropartikel stattdessen mit Schallwellen zu kühlen.

Während sich die Quantenphysik in der Regel mit den grundlegenden Bausteinen von Licht und Materie beschäftigt, versuchen Wissenschaftler seit geraumer Zeit auch die Quanteneigenschaften von größeren Objekten zu untersuchen und damit die Grenze zwischen Quantenwelt und Alltagswelt auszuloten.


Physiker um Oriol Romero-Isart schlagen vor, Mikropartikel mit Schallwellen zu kühlen.

Carlos Sánchez Muñoz

Dabei werden die Teilchen mit Hilfe von elektromagnetischen Feldern gebremst und dadurch die Bewegungsenergie sehr stark reduziert. Dieses Abbremsen wird oft auch als Kühlen bezeichnet. Quanteneigenschaften zeigen sich dann, wenn es gelingt, die Teilchen in ihren Grundzustand, auf das geringstmögliche Energieniveau, zu kühlen.

Während bisher die einzige Möglichkeit zur Kühlung in den Grundzustand darin bestand, die Nanoobjekte mit Lichtphotonen in Wechselwirkung zu bringen, die in einem elektromagnetischen Resonator eingeschlossen sind, schlagen die Wissenschaftler um Carlos Gonzalez-Ballestero und Oriol Romero-Isart vom Institut für Theoretische Physik der Universität Innsbruck und vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Zusammenarbeit mit dem Experimentalphysiker Jan Gieseler von der Harvard Universität und dem ICFO in Barcelona nun vor, die Bewegung von magnetischen Teilchen mit den internen akustischen Wellen, die im Inneren jedes Teilchens eingeschlossen sind, zur Wechselwirkung zu bringen.

Mikromagnet mit Musik im Bauch

Analog zu den Photonen – den Quanten des Lichts – können Schwingungen in einem Festkörper als sogenannte Phononen oder Schallquanten beschrieben werden. Diese kleinen Schallwellenpakete pflanzen sich durch das Kristallgitter des Festkörpers fort. „Die Schallquanten sind sehr isoliert und wechselwirken mit der Bewegung des Teilchens nur durch magnetische Wellen“, erklärt Carlos Gonzalez-Ballestero.

„Wir zeigen in unseren Arbeiten nun, dass diese Wechselwirkung über ein Magnetfeld kontrolliert werden kann.“ Damit lassen sich erstmals derartige Quantenexperimente auch ohne Photonen realisieren, wodurch nun auch lichtabsorbierende Teilchen gekühlt werden können.

„Umgekehrt zeigen wir zudem, dass die starke Wechselwirkung zwischen der Teilchenbewegung und den Phononen auch die Möglichkeit bietet, Rückschlüsse auf die exotische Dynamik von akustischen und magnetischen Wellen in sehr kleinen Teilchen zu ziehen und diese zu kontrollieren“, ergänzt Oriol Romero-Isart.

Die neue Methode eröffnet auch neue Möglichkeiten für die Quanteninformationsverarbeitung, wobei die Schallquanten in Zukunft als Quantenspeicher Verwendung finden könnten.

Die Innsbrucker Physiker präsentieren ihren neuen Ansatz in zwei Arbeiten in den Fachzeitschriften Physical Review Letters und Physical Review B. Finanziell unterstützt wurden sie von der Europäischen Union.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Carlos Gonzalez-Ballestero
Institut für Theoretische Physik
Universität Innsbruck
Telefon: +43 512 507 4770
E-Mail: carlos.gonzalez-ballestero@uibk.ac.at

Originalpublikation:

https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.124.093602 - Quantum Acoustomechanics with a Micromagnet. Carlos Gonzalez-Ballestero, Jan Gieseler, and Oriol Romero-Isart. Phys. Rev. Lett. 124, 093602 [arXiv:1907.04039]

https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.101.125404 - Theory of Quantum Acoustomagnonics and Acoustomechanics with a Micromagnet. Carlos Gonzalez-Ballestero, Daniel Hümmer, Jan Gieseler, and Oriol Romero-Isart. Phys. Rev. B 101, 125404 [arXiv:1912.08745]

Weitere Informationen:

https://iqoqi.at/en/group-page-romero-isart - Quantum Nanophysics, Optics and Information

Dr. Christian Flatz | Universität Innsbruck
Weitere Informationen:
http://www.uibk.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Robuste Materialien in Schwingung versetzt
07.07.2020 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Kosmischer Stoßverkehr in der Stern- und Planetenentstehung
07.07.2020 | Max-Planck-Institut für Astronomie

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: Neue Methode führt zehnmal schneller zum Corona-Testergebnis

Forschende der Universität Bielefeld stellen beschleunigtes Verfahren vor

Einen Test auf SARS-CoV-2 durchzuführen und auszuwerten dauert aktuell mehr als zwei Stunden – und so kann ein Labor pro Tag nur eine sehr begrenzte Zahl von...

Im Focus: Robuste Materialien in Schwingung versetzt

Kieler Physikteam beobachtet in Echtzeit extrem schnelle elektronische Änderungen in besonderer Materialklasse

In der Physik werden sie zurzeit intensiv erforscht, in der Elektronik könnten sie ganz neue Funktionen ermöglichen: Sogenannte topologische Materialien...

Im Focus: Excitation of robust materials

Kiel physics team observed extremely fast electronic changes in real time in a special material class

In physics, they are currently the subject of intensive research; in electronics, they could enable completely new functions. So-called topological materials...

Im Focus: Neues Verständnis der Defektbildung an Silizium-Elektroden

Theoretisch lässt sich das Speichervermögen von handelsüblichen Lithiumionen-Batterien noch vervielfachen – mit einer Elektrode, die auf Silizium anstatt auf Graphit basiert. Doch in der Praxis machen solche Akkus mit Silizium-Anoden nach wenigen Lade-Entlade-Zyklen schlapp. Ein internationales Team um Forscher des Jülicher Instituts für Energie- und Klimaforschung hat jetzt in einzigartiger Detailgenauigkeit beobachtet, wie sich die Defekte in der Anode ausbilden. Dabei entdeckten sie bislang unbekannte strukturelle Inhomogenitäten in der Grenzschicht zwischen Anode und Elektrolyt. Die Erkenntnisse sind in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ erschienen.

Silizium-basierte Anoden können in Lithium-Ionen-Akkus prinzipiell neunmal so viel Ladung speichern wie der üblicherweise verwendete Graphit, bei gleichem...

Im Focus: Ein neuer Weg zur superschnellen Bewegung von Flussschläuchen in Supraleitern entdeckt

Ein internationales Team von Wissenschaftern aus Österreich, Deutschland und der Ukraine hat ein neues supraleitendes System gefunden, in dem sich magnetische Flussquanten mit Geschwindigkeiten von 10-15 km/s bewegen können. Dies erschließt Untersuchungen der reichen Physik nichtlinearer kollektiver Systeme und macht einen Nb-C-Supraleiter zu einem idealen Materialkandidaten für Einzelphotonen-Detektoren. Die Ergebnisse sind in Nature Communications veröffentlicht.

Supraleitung ist ein physikalisches Phänomen, das bei niedrigen Temperaturen in vielen Materialien auftritt und das sich durch einen verschwindenden...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Größte nationale Tagung für Nuklearmedizin

07.07.2020 | Veranstaltungen

Corona-Apps gegen COVID-19: Nationalakademie Leopoldina veranstaltet internationales virtuelles Podiumsgespräch

07.07.2020 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz QuApps zeigt Status Quo der Quantentechnologie

02.07.2020 | Veranstaltungen

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

Social Learning in der Firma und virtuelle Seminarräume für Mitarbeiter

07.07.2020 | Seminare Workshops

„Maschinen-EKG“ soll Umwelt schonen

07.07.2020 | Maschinenbau

Erneuter Weltrekord für speedCIGS

07.07.2020 | Energie und Elektrotechnik

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