20.03.2012

Max-Planck-Institut für Quantenoptik

Quantenteilchen im Stau

LMU/MPQ-Wissenschaftlerteam entdeckt überraschende Transportphänomene in
ultrakalten atomaren Quanten-Vielteilchensystemen.


Transporteigenschaften wie thermische und elektrische Leitfähigkeit spielen für die technische Anwendung von Materialien eine große Rolle. Insbesondere die elektrische Leitfähigkeit geht auf das Verhalten der Elektronen im Festkörper zurück und ist oftmals nur schwer zu berechnen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Elektronen stark korreliert sind, wenn also die Bewegung und die Position jedes einzelnen Elektrons von den Zuständen aller anderen Elektronen abhängen.

Kalte atomare Gase in „Lichtgittern“ dienen deshalb als Modellsysteme, an denen die Physiker solche Transportprozesse unter verschiedenen Bedingungen untersuchen können. Der Vorteil dieser auch als „Quantensimulatoren“ bezeichneten Systeme liegt zum einen darin, dass nahezu alle relevanten Parameter extern über Laser- und Magnetfelder unabhängig voneinander gesteuert werden können. Zum anderen zeichnen sich diese Systeme durch Perfektion und Einfachheit aus, sie sind frei von Komplikationen wie Gitterdefekten oder Fremdatomen. Die Gruppe von Prof. Immanuel Bloch (Ludwig-Maximilians-Universität München und Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching) hat jetzt in Kooperation mit der Gruppe von Prof. Achim Rosch (Universität zu Köln) an einem Gas aus ultrakalten Kaliumatomen demonstriert, dass die Bewegung der Teilchen im optischen Gitter in einem unerwartet großen Ausmaß von der Stärke der Wechselwirkung zwischen den Atomen abhängt (Nature Physics 8, 213-218 (2012), DOI: 10.1038/NPHYS2205). Untersuchungen dieser Art helfen dabei, Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit, Supraleitung oder Magnetismus besser zu verstehen und schaffen damit langfristig neue Möglichkeiten für die gezielte Entwicklung von Materialien.

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