Ludwig-Maximilians-Universität München
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Quantenmaterie

Magischen Zahlen auf der Spur

München, 09.01.2015

Internationales Forscherteam bestimmt die topologische magische Zahl eines künstlichen Festkörpers in extremen Magnetfeldern.

Grafik: Lehrstuhl für Quantenoptik, LMU

Die Topologie ist eigentlich ein Teilgebiet der Mathematik, das sich mit der Klassifizierung von geometrischen Objekten befasst. In der Physik wird sie dazu genutzt, besondere Zustände der Materie, sogenannte topologische Zustände, vorherzusagen und zu beschreiben. Topologische Zustände sind Materiephasen mit äußerst ungewöhnlichem elektrischen Verhalten, zum Beispiel dem verlustfreien Leiten elektrischer Ströme oder dem Auftreten quantisierter elektrischer Widerstände, die unter extremen Bedingungen wie besonders starken Magnetfeldern und sehr tiefen Temperaturen auftreten. Ihre einzigartigen elektrischen Eigenschaften machen sie interessant für eine Reihe technologischer Anwendungen. Die große Stabilität der topologischen Zustände beruht auf den für sie charakteristischen magischen ganzen Zahlen, den sogenannten Chernzahlen, die besonders unempfindlich gegenüber Störungen sind. Erstmals ist es nun einem internationalen Forscherteam gelungen, die topologische Chernzahl in einem nicht-elektronischen System mit hoher Präzision zu messen. Die Experimente wurden in der Gruppe von Professor Immanuel Bloch (LMU und MPQ für Quantenoptik) in Zusammenarbeit mit Nathan Goldman und Sylvain Nascimbène vom Collège de France in Paris und Nigel Cooper von der Cambridge University an einem System aus ultrakalten bosonischen Atomen durchgeführt.