Nachweis fraktionaler Anyonen gelungen
Experimente mit Materialien für zukünftige Quantencomputer.
In Materialien mit stark wechselwirkenden Elektronen können exotische und unerwartete Phänomene auftreten. So kann ein Material unter bestimmten Temperaturen und weiteren Umgebungsbedingungen abrupt seine Eigenschaften ändern: Ein Metall-Isolator-Übergang führt zum Beispiel zu einem Verschwinden der elektrischen Leitfähigkeit, während ein supraleitender Zustand elektrischen Transport bei verschwindendem Widerstand ermöglicht. Daneben gibt es Phasen, in denen aus einem kollektiven Verhalten der Teilchen ein fraktionaler Charakter entsteht.
Ein Beispiel für diesen Effekt ist der fraktionale Quanten-Hall-Effekt, bei dem Quasi-Teilchen mit gebrochener Elementarladung auftreten. Solche „Anyonen“ verhalten sich anders als Teilchen, die sich mit der konventionellen Quantenmechanik beschreiben lassen. In der Theorie werden sie als wichtige Basis zukünftiger Quantencomputer-Anwendungen diskutiert. Ihr experimenteller Nachweis gestaltet sich allerdings als schwierig.
In einer internationalen Kollaboration haben jetzt Forscher der TU Braunschweig, der Chung-Ang University Seoul, der Université Diderot-Paris und des Hochmagnetfeldlabors Grenoble experimentelle Hinweise auf diese exotische Phase mit fraktionalen Anyonen in der Verbindung Ruthenium(III)-chlorid gefunden. „Dafür wurden optische Spektroskopie-Experimente unter extremen Bedingungen – bei tiefen Temperaturen um zwei Kelvin und in hohen Magnetfeldern bis dreißig Tesla – durchgeführt. Die experimentellen Ergebnisse deuten darauf hin, dass Materialien wie α-RuCl3 vielversprechende Ansätze bieten, um zukünftige Quantencomputer zu realisieren“, sagt Dirk Wulferding von der TU Braunschweig.
TU Braunschweig / RK
Weitere Infos
- Originalveröffentlichung
D. Wulferding et al.: Magnon bound states versus anyonic Majorana excitations in the Kitaev honeycomb magnet α-RuCl3, Nat. Commun. 11, 1603 (2020); DOI: 10.1038/s41467-020-15370-1 - Laboratory for Emerging Nanometrology, Institut für Physik der Kondensierten Materie, Technische Universität Braunschweig