Ludwig-Maximilians-Universität München
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Quantenphysik

Bestimmung der Quantengeometrie eines Kristalls

München, 06.11.2013

Physiker um LMU-Professor Immanuel Bloch haben erstmals geometrische Eigenschaften von Energiebändern in Lichtkristallen gemessen.

Geometrische Phasen treten in der Natur in vielfältigen Formen auf. Ein besonders anschauliches Beispiel ist das Focault’sche Pendel – eine an einem langen Seil befestigte, frei schwingende Kugel. Wegen der Erdrotation dreht sich ihre Schwingungsebene relativ zur Erde jeden Tag um einen kleinen „geometrischen“ Winkel. Dieser ist durch die sphärische Form der Erde gegeben und hängt daher von der geographischen Breite ab. Ein ähnlicher Effekt wurde in der Quantenmechanik 1984 vom englischen Physiker Sir Michael Berry entdeckt – eine geometrische Phase, die heute als „Berry-Phase“ bekannt ist. Diese quantenmechanischen Phasen können einen großen Einfluss auf Materialeigenschaften haben und sind für eine Reihe von Phänomenen verantwortlich. Einige Beispiele dafür sind die dielektrische Polarisierung oder der Quanten-Hall-Effekt, wobei letzterer heutzutage benutzt wird um den Standardwiderstand festzulegen.

Nun gelang es einem Team von Wissenschaftlern um Professor Immanuel Bloch von der Ludwig-Maximilians-Universität München und dem Max-Planck-Institut für Quantenoptik in enger Zusammenarbeit mit theoretischen Physikern der Harvard Universität um Professor Eugene Demler zum ersten Mal eine solche Phase in einem eindimensionalen festkörperähnlichen System zu messen. Diese Phase wird hier als “Zak-Phase“ bezeichnet, benannt nach dem israelischen Physiker Joshua Zak.

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