Künstliche Atome mit gewissem Dreh
Erstmals Berry-Krümmung in topologischem Quantenmaterial vollständig vermessen.
In üblichen Materialien müssen sich Elektronen, die für den Stromtransport verantwortlich sind, ihren Weg durch gleichmäßig verteilte Hindernisse im Festkörper bahnen. In topologischen Quantenmaterialien können sich Teilchen dagegen nur auf gewissen, mehr oder weniger verdrehten Wegen – die einen Twist beinhalten – bewegen und verhalten sich entsprechend den Gesetzen der Quantenphysik zudem wie Teilchen und Wellen gleichzeitig.
Abb.: Künstlerische Darstellung der berechneten Geometrie der Eigenstände der zwei Bloch-Bänder (Bild: K. Sengstock)
Es gibt eine zentrale Eigenschaft, die die Topologie, also den Quanten-
Die Physiker nutzten bewusst ein künstliches Quantenmaterial, das heute weltweit erforscht wird: atomare Wolken – ultrakalte Quantengase – in einem künstlichen Festkörper, gebildet aus Laserlicht. Zunächst brachten die Forscher die Atome, die in diesen Experimenten die Rolle von Elektronen in Festkörpern übernahmen, in das künstliche Material ein, das die zu untersuchende Topologie enthielt. Dann konnten sie mithilfe weiterer Laser diese Topologie sehr präzise messen.
Christof Weitenberg, der die Experimente betreute, betont: „Wir konnten bereits in diesen ersten Experimenten die Topologie eines künstlichen Materials bestimmen, und das ist erst der Anfang, wir alle sind sehr begeistert von den Möglichkeiten dieser neuen Methode.“ Klaus Sengstock ergänzt: „Neuartige Quantenmaterialien werden schon in naher Zukunft eine wichtige Rolle in den absehbaren Quantentechnologien spielen; Quantencomputer sind dabei besonders visionär und nur durch neue Konzepte zu verwirklichen.“ Materialien mit dem gewissen Twist können vermutlich dazu wichtige Beiträge liefern: „Es ist besonders spannend, in diesem Bereich zu forschen, da das Forschungsfeld dieser neuen Quantenmaterialien erst ganz am Anfang steht, vieles ist noch gar nicht erforscht“, so Sengstock.
U. Hamburg / DE
