Physik in unserer Zeit 4 / 2025

Organische Solarzellen erreichen Wirkungsgrade von über 20 %, doch ihr Füllfaktor bleibt hinter den theoretischen Vorhersagen zurück. Neue Erkenntnisse zeigen, dass der Transportwiderstand – im Standard-Diodenmodell nicht berücksichtigt – neben der Rekombination einen wesentlichen Verlustmechanismus darstellt.                      

Toroidale Moden treten in vielen Bereichen der Physik auf. Mit einer Kombination hochauflösender Photonen-, Elektronen- und Protonen-Streuexperimente konnte unser Team nun erstmals elektrische Dipolanregungen mit toroidalem Charakter in einem Atomkern nachweisen.                      

Ein neues optisches Mikroskop nutzt Quantensensoren in Diamant, um Kernspinresonanzsignale mit einer räumlichen Auflösung von 10 μm abzubilden. Dies eröffnet künftig neue Möglichkeiten der Mikroskopie mit chemischer Information für Anwendungen in den Material- und Lebenswissenschaften.                      

Als die Physik zu Beginn des 20. Jahrhunderts in die Welt der Atome eindrang, wurde bald klar, dass man hier mit dem klassischen Weltbild der Mechanik und Elektrodynamik nicht weiterkommen würde. Erst die Schaffung einer in sich konsistenten Quantenmechanik konnte, wenigstens formal, Ordnung in die subatomare Welt bringen. Was die Interpretation des Formalismus betrifft, ist wohl inzwischen eine gewisse Ruhe eingekehrt, was aber nicht heißt, dass hierüber Einigkeit herrschen würde.                     

Das astrometrische Weltraumobservatorium Gaia der Europäischen Weltraumorganisation hat die astrometrische Forschung revolutioniert, indem es unter anderem präzise Positionen, Bewegungen und Entfernungen von fast zwei Milliarden Himmelsobjekten gemessen hat. Damit stellt es wertvolle Daten für fast alle Gebiete der Astrophysik bereit. Nach dem Ende der Datenerfassung beginnt ein neuer Abschnitt der Mission. Nun wird die enorme Menge an Rohdaten, die Gaia über mehr als ein Jahrzehnt hinweg gesammelt hat, vollständig analysiert und in wissenschaftlich verwertbare Messwerte umgewandelt.                     

Derzeit liefern sich verschiedene Technologien ein Wettrennen auf dem Weg zu einem universellen Quantencomputer. Neben supraleitenden Qubits, Ionenfallen, Neutralatomen in Lichtgittern sowie Farbzentren in Diamanten sind nun auch Halbleiter-Spinqubits auf dem Vormarsch. Sie basieren auf Silizium als Basismaterial und sind wegen ihrer geringen Größe gut skalierbar, zudem materialtechnisch kompatibel mit der etablierten Halbleitertechnologie. Dabei werden über Elektroden die Spins einzelner Elektronen kontrolliert. Solche Qubits erweisen sich als sehr langlebig. Diese Eigenschaften machen Spinqubits attraktiv, allerdings müssen noch Hindernisse überwunden werden.                     

Diamant ist eines der spannendsten Materialien für Quantentechnologien. Kristallographische Defekte in Diamant bilden außerordentlich stabile und kontrollierbare Elektronenspin-Quantensysteme. Die Integration dieser Quantensysteme in Lichtwellenleiterstrukturen ebnet den Weg für diamantbasierte Quantenregister.                     

Warme dichte Materie rückt immer mehr in den Fokus, nicht nur in der Physik und Astronomie, sondern auch in den Ingenieurswissenschaften und sogar der Politik. Es handelt sich um interessante, aber auch komplizierte Zustände von Materie, die unser Verständnis ihrer Funktionsweise herausfordern. Die Erforschung warmer dichter Materie hilft dabei, mit Kernfusion Energie zu erzeugen, neue Materialien mit besonderen Eigenschaften herzustellen oder die Struktur von Planeten und ihre Entwicklung aufzuklären.                     

Er war stolzer Serbe und verbesserte die frühe Telefonie und Telegrafie.                      

Quantenphysik lässt sich auf verschiedenen Ebenen literarisieren: inhaltlich, strukturell und poetologisch.