Ludwig-Maximilians-Universität München
print

Links und Funktionen
Sprachumschaltung

Navigationspfad


Inhaltsbereich

Quantenphysik

Quantengeometrie des Graphen-Gitters vermessen

München, 19.12.2014

LMU/MPQ-Wissenschaftler decken erstmals Topologie der Bandstruktur in Graphen-artigem Gitter auf.

Die Phasenverschiebung ist direkt analog zum Konzept der Raumkrümmung in der Geometrie. (Grafik: Lehrstuhl für Quantenoptik, LMU)

Eines der revolutionären Konzepte der Quantenmechanik ist ihre Nichtlokalität. Diese führt unter anderem dazu, dass ein vollkommen in einer Spule eingeschlossenes Magnetfeld das Verhalten von Elektronen außerhalb der Spule beeinflussen kann, obwohl dort keine Kräfte wirken. Dabei ändert das eingeschlossene Feld die Phase der quantenmechanischen Wellenfunktion der Elektronen. Diese geometrische Phasenverschiebung hat erhebliche Auswirkungen auf den Transport von Elektronen in Festkörpern und damit auf deren elektrische Eigenschaften. In speziellen kristallinen Strukturen entstehen solche geometrischen Phasenverschiebungen auch ganz ohne Magnetfeld. Diese sogenannte Berry-Phase wird durch die spezifische Struktur und Topologie der Energiebänder der kristallinen Struktur erzeugt und ist nur schwer direkt nachzuweisen. Ein Team von Wissenschaftlern der LMU, des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik und der Stanford University konnte diese Berry-Phasen in einem künstlichen Kristall, welches der Gitterstruktur von Graphen nachempfunden ist, nun erstmalig präzise vermessen. Ihre Methode eröffnet neue Möglichkeiten zur Untersuchung und damit auch zur Nutzung topologischer Eigenschaften der Materie. Diese eignet sich aufgrund ihrer nichtlokalen Struktur insbesondere für eine äußerst robuste Kodierung von Quanteninformation und ermöglicht dadurch neuartige, topologische Quanten-Computing Ansätze.
(Science Express 2014)