Wenn zwei atomar dünne Schichten eines Materials aufeinandergestapelt und leicht verdreht werden, können sie radikal unterschiedliche Eigenschaften entwickeln. Manche werden supraleitend, andere nehmen sogar magnetische oder elektronische Eigenschaften durch die Wechselwirkung der beiden Schichten an. Wissenschaftler wollen herausfinden, was genau in diesen ultradünnen Doppelschichten geschieht – und wie sich diese Veränderungen induzieren und einstellen lassen. Ein Forschungsteam aus den USA und Deutschland hat nun eine bahnbrechende Methode entwickelt, um diese Wechselwirkung abzubilden. Die Arbeit zu ihrem neuen Konzept, der “Moiré-Metrologie”,…

Erstmals haben Physiker zwei auf mehrere Quantenobjekte verteilte Quantenbits miteinander verschränkt und deren Quanteneigenschaften erfolgreich übertragen. Damit ist ein wichtiger Meilenstein in der Entwicklung von fehlertoleranten Quantencomputern erreicht. Die Wissenschaftler berichten darüber in der Fachzeitschrift Nature. Auch Computer können sich verrechnen. Schon kleine Störungen verändern gespeicherte Informationen und verfälschen das Rechenergebnis. Deshalb nutzen Rechenmaschinen Verfahren, um solche Fehler laufend zu korrigieren. Bei Quantencomputern lässt sich die Fehleranfälligkeit reduzieren, indem Quanteninformation nicht in einem einzelnen Quantenteilchen gespeichert, sondern in eine größere…

Einer internationalen Forschungsgruppe um Quantenphysiker/innen der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und der schottischen Heriot-Watt University ist es gelungen, hochdimensionale Verschränkungen in Systemen aus zwei Photonen herzustellen und zu überprüfen. Damit lässt sich schneller und sicherer kommunizieren, wie die Wissenschaftler/innen in der Fachzeitschrift “Quantum” zeigen. Die Regeln der Quantenwelt versprechen neue Möglichkeiten für eine abhörsichere Kommunikation. Das funktioniert zum Beispiel, indem sich die Gesprächspartner/innen verschränkte Photonenpaare teilen. Das Problem mit diesem Ansatz ist, dass solche Systeme nicht so stabil sind, wie…

Wissenschaftler simulieren großen Bereich der Nuklidkarte Mithilfe neuer Berechnungen lassen sich die Eigenschaften von fast 700 Isotopen zwischen Helium und Eisen vorhersagen. Sie zeigen, welche Atomkerne existieren können und welche nicht. In einem Beitrag in Physical Review Letters berichten Wissenschaftler der TU Darmstadt, der University of Washington, des kanadischen Forschungszentrums TRIUMF und der Universität Mainz, wie sie erstmals einen großen Bereich der Nuklidkarte basierend auf der starken Wechselwirkung simulierten. Atomkerne werden durch die starke Wechselwirkung zwischen Neutronen und Protonen zusammengehalten….

Quantencomputer benötigen zum Rechnen Qubits als elementare Bausteine, die Informationen verarbeiten und speichern. Physiker haben nun ein neuartiges Qubit realisiert, das sich von einem stabilen Ruhezustand in einen schnellen Rechenmodus umschalten lässt. Das Konzept eignet sich auch, um viele Qubits zu einem leistungsstarken Quantenrechner zu verbinden, berichten Forscher der Universität Basel und der TU Eindhoven in der Fachzeitschrift «Nature Nanotechnology». Im Vergleich zu konventionellen Bits sind Quantenbits (Qubits) viel anfälliger auf Störungen und können ihren Informationsgehalt sehr schnell verlieren. Das…

Mikroresonatoren sind kleine Strukturen aus Glas, in denen Licht zirkulieren und sich dadurch verstärken kann. Allerdings streuen kleinste Unebenheiten im Material einen Teil des Lichts ständig zurück, was die die Funktion der Resonatoren einschränkt. Wissenschaftler*innen ist es nun gelungen, diesen Störeffekt weitgehend zu unterdrücken. Ihre Erkenntnisse können viele Anwendungen der Mikroresonatoren verbessern: in Feldern wie der Messtechnik, etwa genauere Sensoren für Drohnen, bis hin zur optischen Informationsverarbeitung in Glasfasernetzen und Computern. Die Ergebnisse des Teams am Max-Planck-Institut für die Physik…

Der Startschuss für die nächste Generation der Mobilkommunikation ist gefallen: Ein Terabit Daten, also 1000 Gigabit sollen innerhalb von einer Sekunde übertragen werden. Wie 6G entwickelt wird und wofür wir es brauchen, erklärt Dr.-Ing. Dr.-Ing. habil. Ivan Ndip, Experte für Antennen und Hochfrequenz-Systeme am Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM in Berlin. Was bedeutet 6G? Dr. Ndip: 6G ist die sechste Generation der Mobilkommunikation. Bei 5G reden wir über eine Datenrate von bis zu 20 Gigabit/Sekunde und eine Latenz von…

Publikation von Kaiserslauterer Physikern als „editors‘ suggestion“ veröffentlicht. Ein Material, das leitet und isoliert – gibt es das? Ja, Forschende haben erstmals 2005 sogenannte topologische Isolatoren beschrieben, die im Inneren Stromdurchfluss verhindern, dafür aber an der Oberfläche äußerst leitfähig sind. Die Zustände, die in dreidimensionalen Festkörpern um die Störstellen herumführen, sind wiederum an sogenannten Weyl-Punkten aufgehängt. Einem Team von WissenschaftlerInnen an der Pennsylvania State University (PSU) und der TU Kaiserslautern (TUK) ist es kürzlich erstmals gelungen, diese Punkte mit Infrarotlicht…

Femtosekundenimpulse harter Röntgenstrahlung sind ein wichtiges Werkzeug, um strukturelle Änderungen in kondensierter Materie auf atomaren Längen- und Zeitskalen zu enträtseln. Eine neue lasergetriebene Röntgenquelle liefert Femtosekundenimpulse von Kupfer Kα Strahlung bei einer Wiederholrate von 1 kHz mit einem bisher unerreichten Fluss von mehr als 10¹² Röntgenphotonen pro Sekunde. Elementare Prozesse in der Physik, Chemie oder Biologie sind mit Veränderungen der atomaren oder molekularen Struktur verknüpft, die auf der Femtosekunden-Zeitskala stattfinden (1 Femtosekunde (fs) = 10⁻¹⁵ Sekunden). Ultraschnelle Röntgenmethoden besitzen ein…

Netzwerke von schwingenden Systemen können durch Rauschen optimal synchronisiert werden. Ein internationales Forschungsteam um den Potsdamer Physiker Dr. Ralf Tönjes hat seine Erkenntnisse zu diesem neu entdeckten dynamischen Effekt kürzlich in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht. Wechselwirkende, schwingende Systeme können ihre Frequenz und ihren Schwingungszustand aneinander angleichen. Schwingen viele Komponenten eines komplexen Systems im Gleichklang, spricht man von Synchronisation – ein Phänomen, das biologisch in der inneren Uhr oder den Zellen im schlagenden Herzen die Funktionalität überhaupt erst ermöglicht. Auch…

Der Kondo-Effekt beeinflusst den elektrischen Widerstand von Metallen bei tiefen Temperaturen und bildet eine Grundlage für neue Konzepte zur Datenspeicherung und -verarbeitung. Spektroskopische Untersuchungen von 1998 zum Kondo-Effekt mittels Rastertunnelmikroskopie gelten als wegweisend und waren Auslöser für unzählige weitere Untersuchungen dieser Art. Zahlreiche dieser Untersuchungen müssen möglicherweise noch einmal überprüft werden, nachdem Jülicher Forscher nun zeigen, dass sich der Kondo-Effekt nicht zweifelsfrei auf diesem Weg nachweisen lässt. Stattdessen erzeugt ein anderes Phänomen genau den spektroskopischen „Fingerabdruck“, der bisher dem Kondo-Effekt…

Alle photoelektronischen Geräte funktionieren auf der Grundlage, dass die Materialien in ihnen Licht absorbieren, übertragen und reflektieren. Das Verständnis der Photoeigenschaften eines bestimmten Materials auf atomarer Ebene hilft nicht nur bei der Auswahl geeigneter Materialien für eine bestimmte Anwendung, sondern ermöglicht auch die gezielte Steuerung dieser Eigenschaften. Nun haben Forscher*innen aus Italien, Deutschland und den Vereinigten Staaten gezeigt, dass das ‘Kicken’ der Atome in einem CuGeO₃-Kristall mit einem Infrarot-Laserpuls das Material nicht nur transparent macht, sondern dass die Transparenz auf…

Als Bausteine sind sie noch nicht nutzbar – aber die mit dem Laser aufgeschmolzenen Bahnen sind ein erster Schritt zu 3D-gedruckten Gebäuden, Landeplätzen und Straßen aus Mondstaub. Im Projekt MOONRISE ist es dem Wissenschaftler-Team vom Institut für Raumfahrtsysteme (IRAS) der Technischen Universität Braunschweig und dem Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) gelungen, sowohl Regolith unter Mondgravitation aufzuschmelzen als auch zusammenhängende Bahnen zu „drucken“. Zum Abschluss des zweijährigen, von der VolkswagenStiftung finanzierten Projekts konnten Labor-Versuche mit dem MOONRISE-Laser an einem Robotorarm des…

Ein internationales Forscherteam fand heraus, dass sogenannte photonische Computer-Prozessoren, bei denen Daten mittels Licht transportiert werden, Informationen sehr viel schneller und parallel verarbeiten als herkömmliche elektronische Chips. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift “Nature” veröffentlicht. Im Digital-Zeitalter wachsen Datenmengen exponentiell. Besonders die Anforderungen von Muster- und Spracherkennungen oder dem autonomen Fahren übersteigen oftmals die Kapazitäten herkömmlicher Computer-Prozessoren. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) entwickeln in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam neue Ansätze und Prozessor-Architekturen, die diesen Aufgaben gewachsen…

Sie sind so dünn wie ein Haar, nur hunderttausendmal dünner – die sogenannten zweidimensionalen Materialien, bestehend aus nur einer Schicht von Atomen, boomen in der Forschung. Die Materialien besitzen neuartige Eigenschaften, die sich nur mithilfe quantenmechanischer Regeln erklären lassen und die für verbesserte Technologien relevant sein können. Forscher der Universität Bonn haben jetzt mithilfe von ultrakalten Atomen neue Einblicke in bisher unbekannte Quantenzustände erhalten. Ihre Entdeckung: Die magnetischen Ordnungen zwischen zwei gekoppelten dünnen Schichten aus Atomen konkurrieren miteinander. Die Studie…

Moderne Stringtheorien stellen die Konstanz von Naturkonstanten infrage. Vergleiche von hochgenauen Atomuhren bestätigen das jedoch nicht, obwohl die Ergebnisse früherer Experimente bis zu 20-fach verbessert werden konnten. Es klingt trivial: Eine Naturkonstante sollte immer den gleichen Wert besitzen, unabhängig davon, zu welcher Zeit oder an welchem Ort sie bestimmt wird. Auch Einsteins berühmte allgemeine Relativitätstheorie nutzt diese grundlegende Annahme, die als lokale Positionsinvarianz (LPI) bekannt ist. In der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Physical Review Letters untermauern Wissenschaftler der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt…