Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Was wäre, wenn Schrödingers tote Katze sich mit einer lebendigen überlagerte?

06.02.2019

Wie schon Hamlet feststellte, können in einer klassischen Welt Dinge entweder Sein oder Nichtsein. Eine dritte Möglichkeit gibt es nicht. In der Quantenwelt können Sein und Nichtsein dagegen koexistieren oder einander überlagert sein, wie der Physiker sagt.

Die Paradoxie einer solchen Überlagerung wurde von Schrödinger am Beispiel einer bedauernswerten Katze veranschaulicht, die sich in einem versiegelten Kasten befindet, und in einem Überlagerungszustand von „lebendig“ und „tot“ befindet, solange der Zustand nicht durch einen Messprozess auf eine der beiden Alternativen festgelegt wurde.


Destruktive Interferenz einer Elektronenwelle in einer Kohlenstoff-Nanoröhre.

Grafik: Andrea Donarini, Universität Regensburg – Zur ausschließlichen Verwendung im Rahmen der Berichterstattung zu dieser Pressemitteilung.

Ein Beispiel solcher Überlagerung in der Quantenwelt ist das Phänomen der optisch induzierten Transparenz. In einem wichtigen Experiment der Atomphysik wurde ein Gas von zwei Lasern mit unterschiedlicher Farbe beleuchtet.

Solange nur ein Laser aktiv ist, kann das Licht durch die Anregung der Atome absorbiert werden. Wird jedoch gleichzeitig mit beiden Lasern beleuchtet, können sich die Anregungsprozesse destruktiv überlagern und sich damit gegenseitig unterdrücken – das Gas absorbiert nicht mehr und wird durchsichtig. Die zusätzliche Beleuchtung unterdrückt die Absorption des Lichts.

Einem Team von Physikern um Milena Grifoni und Andrea Donarini (Theoretische Physik) und Christoph Strunk und Nicola Paradiso (Experimentalphysik) an der Universität Regensburg gelang es jetzt, ein solches Schema in einer rein elektronischen Versuchsanordnung zu realisieren. Das Experiment wurde in der Zeitschrift „Nature Communications“ publiziert.

Die Anordnung enthält eine Kohlenstoff-Nanoröhren (KNR) welche mittels zweier metallischer Elektroden kontaktiert wird (s. Abbildung). Eine Kohlenstoff-Nanoröhre ist ein Hohlzylinder aus reinem Kohlenstoff mit einem Durchmesser von nur einem millionstel Millimeter, dessen Wand nur eine Atomlage dick ist und dessen elektrischer Leitwert wie bei einem Transistor gesteuert werden kann.

Der Stromeingang (oder Ausgang) in die Nanoröhre erfolgt ähnlich wie die Durchquerung einer Drehtür. Ähnlich einer Drehtür kann nur ein Elektron nach dem anderen herein kommen. Klassisch können sich die Elektronen entweder mit (rote Bahn in Abbildung) oder entgegen (grüne Bahn) dem Uhrzeigersinn durch die Nanoröhre bewegen.

In der Quantenwelt müssen sich die Elektronen nicht für einen Drehsinn entscheiden, sondern sie können eine Überlagerung von beiden einnehmen. Dieses Phänomen führt, wie in dem optischen Experiment, zur Interferenz: die beiden Alternativen können sich gegenseitig verstärken (konstruktiv) oder auslöschen (destruktiv).

Im ersten Fall gelingt die Durchquerung der Drehtür leicht, im zweiten Fall wird die Drehtür blockiert und wird erst nach einiger Zeit wieder frei. Wenn sich die beiden Durchquerungsmöglichkeiten konstruktiv überlagern, fließt der elektrische Strom ungehindert, während er blockiert wird, wenn die Interferenz destruktiv ist. Weil das Elektron in diesem Fall gefangen ist, spricht man in Analogie zur Quantenoptik von einen Dunkelzustand („dark state“).

Obwohl diese Möglichkeit für Elektronen schon seit zwei Jahrzehnten theoretisch vorhergesagt wurde, ist es erst jetzt gelungen dies experimentell nachzuweisen. Darüber hinaus ist es gelungen, den Mechanismus der Blockade in der Nanoröhre zu modellieren und damit zu verstehen. Das Experiment ist ein weiterer Schritt auf dem Weg zur künftigen Nutzung von Quantenphänomenen in der Elektronik und Informationsverarbeitung.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Milena Grifoni
Lehrstuhl für Theoretische Physik
Universität Regensburg
Tel.: 0941 943-2035
E-Mail: milena.grifoni@physik.uni-regensburg.de

Originalpublikation:

Coherent population trapping by dark state formation in a carbon nanotube quantum dot
A. Donarini, M. Niklas, M. Schafberger, N. Paradiso, C. Strunk, M. Grifoni,
Nature Communications 10, 381 (2019)
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-018-08112-x

Christina Glaser | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-regensburg.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Physiker gelingt erstmalig Vorstoß in höhere Dimensionen
19.02.2019 | Universität Rostock

nachricht Neue Himmelskarte veröffentlicht
19.02.2019 | Universität Bielefeld

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: Wasser ist homogener als gedacht

Um die bekannten Anomalien in Wasser zu erklären, gehen manche Forscher davon aus, dass Wasser auch bei Umgebungsbedingungen aus einer Mischung von zwei Phasen besteht. Neue röntgenspektroskopische Analysen an BESSY II, der ESRF und der Swiss Light Source zeigen jedoch, dass dies nicht der Fall ist. Bei Raumtemperatur und normalem Druck bilden die Wassermoleküle ein fluktuierendes Netz mit durchschnittlich je 1,74 ± 2.1% Donator- und Akzeptor-Wasserstoffbrückenbindungen pro Molekül, die eine tetrahedrische Koordination zwischen nächsten Nachbarn ermöglichen.

Wasser ist das „Element“ des Lebens, die meisten biologischen Prozesse sind auf Wasser angewiesen. Dennoch gibt Wasser noch immer Rätsel auf. So dehnt es sich...

Im Focus: Licht von der Rolle – hybride OLED ermöglicht innovative funktionale Lichtoberflächen

Bislang wurden OLEDS ausschließlich als neue Beleuchtungstechnologie für den Einsatz in Leuchten und Lampen verwendet. Dabei bietet die organische Technologie viel mehr: Als Lichtoberfläche, die sich mit den unterschiedlichsten Materialien kombinieren lässt, kann sie Funktionalität und Design unzähliger Produkte verändern und revolutionieren. Beispielhaft für die vielen Anwendungsmöglichkeiten präsentiert das Fraunhofer FEP gemeinsam mit der EMDE development of light GmbH im Rahmen des EU-Projektes PI-SCALE auf der Münchner LOPEC (19. bis 21. März 2019), erstmals in Textildesign integrierte hybride OLEDs.

Als Anbieter von Forschungs- und Entwicklungsdienstleistungen auf dem Gebiet der organischen Elektronik setzt sich das Fraunhofer FEP schon lange mit der...

Im Focus: Light from a roll – hybrid OLED creates innovative and functional luminous surfaces

Up to now, OLEDs have been used exclusively as a novel lighting technology for use in luminaires and lamps. However, flexible organic technology can offer much more: as an active lighting surface, it can be combined with a wide variety of materials, not just to modify but to revolutionize the functionality and design of countless existing products. To exemplify this, the Fraunhofer FEP together with the company EMDE development of light GmbH will be presenting hybrid flexible OLEDs integrated into textile designs within the EU-funded project PI-SCALE for the first time at LOPEC (March 19-21, 2019 in Munich, Germany) as examples of some of the many possible applications.

The Fraunhofer FEP, a provider of research and development services in the field of organic electronics, has long been involved in the development of...

Im Focus: Laserverfahren für funktionsintegrierte Composites

Composites vereinen gewinnbringend die Vorteile artungleicher Materialien – und schöpfen damit zum Beispiel Potentiale im Leichtbau aus. Auf der JEC World 2019 im März in Paris präsentieren die Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein breites Spektrum an laserbasierten Technologien für die effiziente Herstellung und Bearbeitung von Verbundmaterialien. Einblicke zu Füge- und Trennverfahren sowie zur Oberflächenstrukturierung erhalten Besucher auf dem Gemeinschaftsstand des Aachener Zentrums für integrativen Leichtbau AZL, Halle 5A/D17.

Experten des Fraunhofer ILT erforschen und entwickeln Laserprozesse für das wirtschaftliche Fügen, Schneiden, Abtragen oder Bohren von Verbundmaterialien –...

Im Focus: Grüne Spintronik: Mit Spannung Superferromagnetismus erzeugen

Ein HZB-Team hat zusammen mit internationalen Partnern an der Lichtquelle BESSY II ein neues Phänomen in Eisen-Nanokörnern auf einem ferroelektrischen Substrat beobachtet: Die magnetischen Momente der Eisenkörner richten sich superferromagnetisch aus, sobald eine elektrische Spannung anliegt. Der Effekt funktioniert bei Raumtemperatur und könnte zu neuen Materialien für IT-Bauelemente und Datenspeicher führen, die weniger Energie verbrauchen.

In heutigen Datenspeichern müssen magnetische Domänen mit Hilfe eines externen Magnetfeld umgeschaltet werden, welches durch elektrischen Strom erzeugt wird....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Tagung rund um zuverlässige Verbindungen

20.02.2019 | Veranstaltungen

LastMileLogistics Conference in Frankfurt befasst sich mit Lieferkonzepten für Ballungsräume

19.02.2019 | Veranstaltungen

Bildung digital und multikulturell: Große Fachtagung GEBF findet an der Uni Köln statt

18.02.2019 | Veranstaltungen

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

Eine vulkanische Riesenparty und ihr frostiger Kater danach

20.02.2019 | Geowissenschaften

Lückenlose Weltkarte der Baumarten-Vielfalt: neues statistisches Modell füllt weiße Flächen

20.02.2019 | Biowissenschaften Chemie

Jacobs University Forscher entdecken neue Klasse von heterogenen Katalysatoren auf Edelmetallbasis

20.02.2019 | Biowissenschaften Chemie

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