Ludwig-Maximilians-Universität München
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Quantenoptik

Quantenmagnete mit Löchern

München, 04.08.2017

Münchner Wissenschaftler decken verborgene magnetische Ordnung in eindimensionalen, mit Löchern dotierten Quantenkristallen auf.

Atomare Kette im Quantengasmikroskop: Atome unterschiedlicher Spin-Richtung sind räumlich getrennt. Ist der Spin abwärts gerichtet (grün), dann befinden sich die Atome im unteren Teil der Doppelstruktur des Gittertopfs; weist der Spin nach oben (rot), dann ist das Atom im oberen Teil. Auch die Löcher sind klar zu erkennen. Grafik: MPQ, Abteilung Quanten-Vielteilchensysteme

Magnetismus ist ein Phänomen, das uns vom Alltag her sehr vertraut ist. Er beruht darauf, dass in bestimmten Stoffen wie etwa Eisen die Spins der Elektronen einheitlich ausgerichtet sind. Besonders interessante Effekte treten auf, wenn magnetische Festkörperkristalle „Löcher“ aufweisen, das heißt, wenn an bestimmten Gitterplätzen ein Elektron fehlt. Hier kommt es zu einem Wechselspiel zwischen der Bewegung der Fehlstelle und den magnetischen Korrelationen der Elektronen-Spins, wodurch die magnetische Ordnung des Kristalls nicht mehr so stark zu Tage tritt. Festkörperphysiker können im Allgemeinen die beiden Prozesse nicht separieren und daher die Frage, ob die magnetische Ordnung in der Tat reduziert oder nur verdeckt ist, nicht beantworten.

Ein Forscherteam um Dr. Christian Groß aus der Abteilung Quanten-Vielteilchensysteme am Max-Planck-Institut für Quantenoptik und Professor Immanuel Bloch, Inhaber des Lehrstuhls für Quantenoptik und Direktor am MPI für Quantenoptik, hat jetzt gezeigt, dass die magnetische Ordnung in eindimensionalen Quantenmagneten erhalten bleibt, auch wenn sie mit Löchern dotiert sind, und damit einen wichtigen Nachweis für die Trennung von Spin und Ladung (Dichte) erbracht. Die Quantenkristalle werden dabei aus kalten Atomen in optischen Gittern erzeugt. Voraussetzung dafür war die Möglichkeit, die Bewegung des Lochs und die Anregung der Spins in einem Messprozess jeweils getrennt zu beobachten. (MPQ/LMU)
Science 2017

Zur Meldung beim Max-Planck-Institut für Quantenoptik