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Tilman Pfau • 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? ...
Tilman Pfau • 7/2002 • Seite 23
Kohärenter Molekül-Atom-Cocktail
2/2015 • Seite 48Physik-Preise 2015
Laudationes auf die Preisträgerinnen und Preisträger der Deutschen Physikalischen Gesellschaft und der Deutschen Vakuum-Gesellschaft
Tilman Pfau und Christophe Salomon • 12/2020 • Seite 76 • DPG-MitgliederLong Range Interacting Quantum Systems: from Cold Atoms and Molecules to Photons
French-German WE-Heraeus-Seminar
Chiara Menotti und Maciej Lewenstein • 10/2007 • Seite 19
Ultrakalt und magnetisch
Falk Wächtler und Luis Santos • 2/2017 • Seite 22Schwebende Quantentröpfchen
Bei extrem verdünnten Quantentröpfchen beruht die Oberflächenspannung auf rein quantenphysikalischen Prozessen.
1/2008 • Seite 69
Nobelpreisträgertagung 2008
1/2008 • Seite 69
Physik Journal - neue Herausgeber und Kuratoren
1/2008 • Seite 68
Vorläufige Tagesordnung der Sitzung des Vorstandsrats
1/2008 • Seite 92
Bewerberliste
Karina Morgenstern, Kristina Tschulik und Sandra Jendrzej • 12/2020 • Seite 76 • DPG-MitgliederFrom Interfaces to Cages – Confining Effects on Molecular Processes
730. WE-Heraeus-Seminar
6/2020 • Seite 61 • DPG-Mitglieder
Kurzprotokoll zur Vorstandsratssitzung
2/2008 • Seite 98
Bewerberliste
Tim Langen und Manfred J. Mark • 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...
Harald Gießen • 10/2008 • Seite 16Negativ und voluminös
Neue Herstellungsverfahren ermöglichen dreidimensionale Metamaterialien, die einen negativen Brechungsindex aufweisen.
10/2008 • Seite 17
Schuld war nur die Bose-Nova
9/2006 • Seite 129
Niederschrift der Ordentlichen Mitgliederversammlung 2006
Egbert Oesterschulze • 9/2006 • Seite 135
DPG-Regionalverband Hessen-Mittelrhein-Saar
Alexander Pawlak • 9/2004 • Seite 6
Spiel der Kräfte
Rainer Scharf • 9/2004 • Seite 7
General Electric forscht in München
Rainer Scharf • 9/2004 • Seite 7
Ausbildungsoffensive für Optische Technologien
Na Liu • 9/2010 • Seite 57Coupling 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.
Rainer Scharf • 9/2009 • Seite 85Nobel, harmonisch und verschränkt (SAMOP)
Highlights aus dem Programm der Sektion Atome, Moleküle, Quantenoptik und Plasmen (SAMOP)
Silke Ospelkaus • 6/2010 • Seite 37Moleküle 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.
2/2011 • Seite 40
Personalien
Robert Steegers • 2/2009 • Seite 51
Kurzprotokoll der Sitzung des Vorstandsrats
2/2009 • Seite 64
Bewerberliste
2/2015 • Seite 42
Personalien
4/2011 • Seite 44
Personalien
DHV • 5/2015 • Seite 10
Ein Y für den Nachwuchs
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
11/2016 • Seite 50
Personalien
MPG • 5/2015 • Seite 10
Förderung für Doktoranden
1/2015 • Seite 46
Personalien
Axel Pelster • 6/2019 • Seite 20Supersolide dipolare Quantengase
Drei Experimente zeigen, dass ultrakalte Gase aus magnetischen Atomen kristallisieren und reibungsfrei fließen können.
9/2008 • Seite 131
Jahresbericht 2007
Ludwig Schultz und Bernd Spindler • 2/2008 • Seite 68
Kurzprotokoll der Sitzung des Vorstandsrats
9/2004 • Seite 129
Niederschrift der Ordentlichen Mitgliederversammlung 2004
9/2004 • Seite 153
Jahresbericht der DPG
2/2009 • Seite 55
Tagungskalender
6/2021 • Seite 38 • DPG-Mitglieder
Personalien
Johannes Hecker Denschlag • 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.
