Bahnbrechende Leistungen in der ultrakalten Atomphysik ausgezeichnet
Errungenschaften in der Quantenforschung auf der BEC 2025-Konferenz in Spanien von Preis-Sponsor Toptica geehrt.
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Quantensimulation mit zirkularen Rydberg-Qubits
Grundlegende Einschränkung beim Quantencomputing mit Rydberg-Atomen überwunden.
Auszeichnung für Quantengas-Forschung
Tilman Pfau ist Preisträger des Senior BEC Award 2023.
Ultrakalte Atome unter Kontrolle
Humboldt-Stipendiat arbeitet an neuen Methoden zur Manipulation von Rydberg-Atomen.
Photonik und Quantentechnologie verschmelzen
Überregionales Zentrum für Quantenphotonik in Ulm, Stuttgart und Jena geht an den Start.
Quantencomputing mit Rydberg-Atomen
Großes Verbundprojekt „QrydDemo“ soll Rydberg-Quantencomputer bis 2025 realisieren.
• 3/2021 • Seite 24 • DPG-MitgliederEinzelnen Ionen auf der Spur
Wenn sich ein Ion durch ein Bose-Einstein-Kondensat bewegt, beeinflussen Kollisionen den Ladungstransport in dem ultrakalten Gas.
• 12/2020 • Seite 76 • DPG-Mitglieder
From Interfaces to Cages – Confining Effects on Molecular Processes
730. WE-Heraeus-Seminar
• 12/2020 • Seite 76 • DPG-Mitglieder
Long Range Interacting Quantum Systems: from Cold Atoms and Molecules to Photons
French-German WE-Heraeus-Seminar
Gebündelte Quantenforschung
Neues Kompetenznetzwerk fördert standortübergreifende Forschungsprojekte.
Quantensimulator mit magnetischen Atomen
Europäische Förderinitiative QuantERA bewilligt Projekt zu Vielteilchen-Quantensimulationen.
Kristall und Supraflüssigkeit zugleich
Forscher weisen erstmals zweifelsfrei Suprafestkörper nach.
• 6/2019 • Seite 20Supersolide dipolare Quantengase
Drei Experimente zeigen, dass ultrakalte Gase aus magnetischen Atomen kristallisieren und reibungsfrei fließen können.
• 12/2018 • Seite 35Ultrakalt magnetisiert
Dipolare langreichweitige Wechselwirkungen lassen sich mit ultrakalten Quantengasen gezielt untersuchen und zur Quantensimulation nutzen.
Seit zwei Jahrzehnten spielen ultrakalte Gase aus neutralen Atomen eine wichtige Rolle als Werkzeug in vielen Teilgebieten der Physik. Insbesondere können sie als Quantensimulator dienen, um komplexe Modelle aus der Festkörperphysik nachzubilden. Gase mit langreichweitigen Wechselwirkungen bieten dabei neue Einblicke und überraschende Erkenntnisse.
Ultrakalte Gase aus neutralen Atomen sind außerordentliche Quantensysteme – mittlerweile ist es in Experimenten möglich, einzelne Atome zu untersuchen und zu manipulieren [1]. Das eröffnet vielfältige Anwendungen in Vielteilchenphysik und nichtlinearer Physik, für Präzisionsmessungen und Materiewellen-Interferometrie [2]. Insbesondere als Quantensimulator haben ultrakalte Gase in den letzten Jahren von sich reden gemacht. Dabei bilden die präzise kontrollierbaren Quantengase ein sehr komplexes physikalisches System nach und simulieren dessen Verhalten in einem Experiment. Das gelang beispielsweise vor kurzem erstmals für das Heisenberg-Modell, das den Magnetismus in bestimmten Festkörpern beschreibt. Für große Teilchenzahlen können selbst die besten klassischen Supercomputer das Heisenberg-Modell nur näherungsweise berechnen – und das wird auf absehbare Zeit so bleiben.
Bei der Simulation ist die außerordentliche Kontrolle entscheidend, die über die Wechselwirkung zwischen den Atomen ausgeübt werden kann. Meist lässt sich die a priori komplizierte Wechselwirkung durch eine einfache Kontaktwechselwirkung beschreiben [3]. Diese ist kurzreichweitig und isotrop, sodass sich die Atome näherungsweise wie elastisch stoßende Billardkugeln verhalten (Infokasten). Die Kontaktwechselwirkung sorgt für viele faszinierende Phänomene und liegt beispielsweise der Suprafluidität von Bose-Einstein-Kondensaten und der Bildung von Cooper-Paaren in Gasen fermionischer Atome zugrunde. Allerdings beruhen viele interessante Phänomene schon in der klassischen Physik auf langreichweitigen oder anisotropen Wechselwirkungen. Beispiele sind Ferroflüssigkeiten aus magnetischen Nanopartikeln, das Verhalten von Flüssigkristallen oder die Gravitation. Auch in der Quantenmechanik vermutet man, dass solche Wechselwirkungen essenziell sind, beispielsweise für die Grundlagen des Magnetismus oder die Hochtemperatur-Supraleitung...
Ein Photon auf Knopfdruck
Neuartige Rydberg-Einzelphotonenquelle funktioniert auch bei Raumtemperaturen.
Heilen mit Quanten
Millionen-Förderung für neuartige Quantentechnologie in der Biomedizin.
• 2/2017 • Seite 22Schwebende Quantentröpfchen
Bei extrem verdünnten Quantentröpfchen beruht die Oberflächenspannung auf rein quantenphysikalischen Prozessen.
Eine neuartige Quantenflüssigkeit
Ultrakalte magnetische Atome bilden stabile Tropfen.
Schrödinger-Katze als Elektrometer
Mit einzelnen Rydberg-Atomen können Mikrowellenfelder extrem genau gemessen werden.
Auf dem Weg zum Suprakristall
Forscher vereinigen Eigenschaften von Gasen, Kristallen und Supraflüssigkeiten zu einem neuen Materiezustand.
9/2015 • Seite 91Jahresbericht 2014
Jahresbericht des Vorstands und der Geschäftsführung zu Aufgaben und Aktivitäten der DPG, aus dem Physikzentrum Bad Honnef und dem Magnus-Haus Berlin
• 9/2015 • Seite 47Neue Beziehungskisten für Riesenatome
Eine ultrakalte Liaison stemmt sich gegen die Lehrmeinung.
Lehrbücher der physikalischen Chemie teilen die möglichen Bindungstypen zwischen atomaren Partnern in drei Typen ein: ionische, kovalente und Van-der-Waals-Bindung. Dieser Liste ist ein neuer Bindungstyp hinzuzufügen, bei dem das Elektron eines Rydberg-Atoms die Bindung eines Neutralatoms vermittelt. Das entstehende Riesenmolekül weist ungewöhnliche Eigenschaften auf und ähnelt einem eingefrorenen klassischen Objekt mit permanentem Dipolmoment.
In Atomen vollführen Elektronen einen Quantentanz um den Kern und entfernen sich dabei von diesem um etwa 0,1 Nanometer. Wird ein Elektron dabei zum Beispiel von einem Photon oder einem anderen Teilchen „gekickt“, geht es in einen angeregten Zustand über und verbringt bis zu seinem Zerfall eine kurze Zeit in einem etwas größeren Abstand. Bekommt es zu viel Energie, kann es das Coulomb-Potential des Kerns verlassen, und das Atom wird ionisiert. Eine knapp unterhalb der Ionisationsschwelle dosierte Energie kann das Elektron auf eine sehr weite Umlaufbahn um den Kern schicken. Die diskreten Quantenzustände dort sind die so genannten Rydberg-Zustände. Die dazugehörenden Elektronenorbitale sind im Wasserstoff durch die Hauptquantenzahl n, den Drehimpuls l und die Orientierung m charakterisiert.
Die Rydberg-Orbitale wachsen mit n2 und können bei n = 100 einen Radius von einem Mikrometer erreichen. Da diese Elektronen nur noch sehr schwach gebunden sind, ergeben sich weitere extreme Eigenschaften. Ein Orbital, welches ohne äußeres elektrisches Feld seinen Ladungsschwerpunkt am Kernort hat, kann durch ein solches Feld sehr leicht polarisiert werden. Die Polarisierbarkeit steigt mit n7 an. Die maximale Ladungstrennung zwischen Elektron und Kern kann ungefähr die Größe des Orbitals erreichen. Damit skalieren die Dipolmomente also auch mit n2. Diese Eigenschaft macht Rydberg-Atome zu hochsensiblen Antennen. In der Quantenoptik, wo man die Licht-Materie-Wechselwirkung zwischen einzelnen Photonen und Atomen studiert, wurden sie deshalb für Pionierarbeiten zur Beobachtung von Lichtzuständen eingesetzt, für die es 2012 den Nobelpreis gab [1]. Extrem stark ist auch die Van-der-Waals-Wechselwirkung zwischen zwei Rydberg-Atomen: Sie skaliert mit n11! Wie weit lässt sich die Hauptquantenzahl hochschrauben? ...
2/2015 • Seite 48
Physik-Preise 2015
Laudationes auf die Preisträgerinnen und Preisträger der Deutschen Physikalischen Gesellschaft und der Deutschen Vakuum-Gesellschaft
Frühjahrstagung: Quantenoptik, außerirdische Phänomene und tanzende Moleküle
Die mehr als 5000 Mitglieder zählende Sektion „Atome, Moleküle, Quantenoptik und Plasmen“ lädt nach Stuttgart ein.
Ein Paar und doch kein Paar
Rydberg-Moleküle konnten in überlagerten Bindungszuständen kontrolliert und untersucht werden.
• 9/2010 • Seite 57
Coupling games in metamaterials
Metamaterials have become one of the hottest fields of photonics since the pioneering work of John Pendry on negative refractive index, invisibility cloaking, and perfect lensing. For practical applications, three-dimensional metamaterials are required. Here, coupling effects between individual constituents play a dominant role for the optical and electronic properties. Metamaterials can offer both electric and magnetic responses at optical frequencies. Hence, electric as well as magnetic dipolar and higher-order multipolar coupling are the essential mechanisms. The intricate interplay between different coupling effects in a plasmon hybridization picture provides a hands-on tool to intuitively understand the evolution from molecule-like states to solid-state-like bands.
• 6/2010 • Seite 37
Moleküle kalt gestellt
Die Möglichkeit, Atome auf immer niedrigere Temperaturen zu kühlen und dabei immer besser zu kontrollieren, hat Atomphysik und Quantenoptik revolutioniert. Doch was mit Atomen gelingt, möchten Physiker wie Chemiker auch mit Molekülen erreichen. So ist die chemische Welt nahe des absoluten Temperaturnullpunkts keineswegs erstarrt, denn aufgrund quantenmechanischer Effekte ergeben sich neue Reaktionswege. Doch die Erzeugung molekularer Gase bei solch tiefen Temperaturen erweist sich als eine große Herausforderung.
Riesenatome eingesperrt in Mikroglaszellen
Riesenatome können unter bestimmten Umständen ohne große Störung in kleinsten Mikroglaszellen eingesperrt und beobachtet werden.
• 9/2009 • Seite 85
Nobel, harmonisch und verschränkt (SAMOP)
Highlights aus dem Programm der Sektion Atome, Moleküle, Quantenoptik und Plasmen (SAMOP)
Nanosensorik - Die Durchsicht machts
Physiker aus Stuttgart und Kaiserslautern erzielen neue Erkenntnis in der Nanosensorik.
• 10/2008 • Seite 16
Negativ und voluminös
Neue Herstellungsverfahren ermöglichen dreidimensionale Metamaterialien, die einen negativen Brechungsindex aufweisen.
Superatome für Quantencomputer
Stuttgarter Physiker untersuchten hochangeregte Rydberg-Atome in Bose-Einstein-Kondensaten und stellten fest, dass sie sich zu einem so genannten „Superatom“ zusammentun.
Supraflüssigkeit aus Magneten
Erstmals ist es gelungen, die Eigenschaften reibungsfreier Supraflüssigkeiten mit denen klassischer Ferroflüssigkeiten zu kombinieren.
Magnetische Kühlung
Mit einem bereits in den 50er-Jahren vorgeschlagenen Kühlverfahren, konnten Stuttgarter Physiker erstmals Atome im Experiment bis nahe an den absoluten Nullpunkt abkühlen.
Spiel der Kräfte
Am 21. Juni 2004 startet in Stuttgart das jährliche Wissenschaftsfestival der DPG: die "Highlights der Physik".
18.09.2003 • Rezension
Optik, Licht und Laser
24.06.2003 • Rezension
Verschränkte Welt. Faszination der Quanten
J. Audretsch (Hrsg.), Verschränkte Welt. Faszination der Quanten, Wiley-VCH, Weinheim 2002, XII + 200 S., Broschur, ISBN 3527403183