idw – Informationsdienst Wissenschaft
Nachrichten, Termine, Experten
Nachrichten, Termine, Experten
Einem Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Braunschweig, Korea und Frankreich gelang es, einen neuartigen Quantenzustand zu erzeugen und nachzuweisen. Dieser Zustand zeichnet sich durch seine ungewöhnlichen Anregungen aus, die einen „gebrochenen“, fraktionalen Charakter besitzen. Die Forschungsarbeiten wurden im Rahmen des Exzellenzclusters QuantumFrontiers und im Metrologie-Forschungsschwerpunkt an der TU Braunschweig unterstützt sowie von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. Die Ergebnisse sind im Magazin „Nature Communications“ erschienen.
In Materialien mit stark wechselwirkenden Elektronen können exotische und unerwartete Phänomene auftreten. So kann ein Material unter bestimmten Temperaturen und weiteren Umgebungsbedingungen abrupt seine Eigenschaften ändern: Ein sogenannter Metall-Isolator-Übergang führt zum Beispiel zu einem Verschwinden der elektrischen Leitfähigkeit, während ein supraleitender Zustand elektrischen Transport bei verschwindendem Widerstand ermöglicht. Daneben gibt es Phasen, in denen aus einem kollektiven Verhalten der Teilchen ein „fraktionaler“ Charakter entsteht. Fraktional heißt in diesem Fall, dass sie sich wie ein geteiltes, gebrochenes Teilchen verhalten.
Ein Beispiel für diesen Effekt ist der fraktionale Quanten-Hall-Effekt, der aufbauend auf Arbeiten von Klaus von Klitzing beobachtet wurde und Quasi-Teilchen mit gebrochener Elementarladung beherbergt. Solche gebrochenen Quasi-Teilchen, auch „Anyonen“ genannt, verhalten sich anders als Teilchen, die sich mit der konventionellen Quantenmechanik beschreiben lassen. In der Theorie werden sie als wichtige Basis zukünftiger Quantencomputeranwendungen diskutiert. Ihr experimenteller Nachweis gestaltet sich allerdings als extrem herausfordernd.
In einer internationalen Kollaboration haben nun Forscherinnen und Forscher der TU Braunschweig, der Chung-Ang University Seoul, der Université Diderot-Paris und des Hochmagnetfeldlabors Grenoble experimentelle Hinweise auf diese exotische Phase mit fraktionalen Anyonen in der Verbindung Ruthenium(III)-chlorid (a-RuCl3) gefunden. „Dafür wurden optische Spektroskopie-Experimente unter extremen Bedingungen – das heisst bei tiefen Temperaturen um 2 Kelvin und in hohen Magnetfeldern bis 30 Tesla – durchgeführt. Die experimentellen Ergebnisse deuten darauf hin, dass Materialien wie a-RuCl3 vielversprechende Ansätze bieten, um zukünftige Quantencomputer zu realisieren“, sagt Dr. Dirk Wulferding von der TU Braunschweig.
Die Experimente wurden im November 2018 in Paris an der Université Diderot-Paris, und im Mai 2019 im Hochmagnetfeldlabor Grenoble durchgeführt. Darüber hinaus besteht eine intensive Zusammenarbeit mit der koreanischen Gruppe seit über zehn Jahren.
Dr. Dirk Wulferding
Technische Universität Braunschweig
Institut für Physik der Kondensierten Materie
Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA)
Mendelssohnstraße 3
38106 Braunschweig
Tel.: 0531 391-5133
E-Mail: dirk.wulferding@tu-braunschweig.de
Wulferding, D., Choi, Y., Do, S. et al. Magnon bound states versus anyonic Majorana excitations in the Kitaev honeycomb magnet α-RuCl3. Nat Commun 11, 1603 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-15370-1
https://magazin.tu-braunschweig.de/pi-post/neuer-quantenzustand-nachgewiesen/
Das untersuchte Material al-RuCl3 – der Baustein zukünftiger Quantencomputer?
Bildnachweis: Dirk Wulferding/TU Braunschweig
None
Ein Blick in das Raman-Labor. Der magneto-optische Kryostat (blauer Zylinder, links im Bild) erlaubt ...
Bildnachweis: Dirk Wulferding/TU Braunschweig
None
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars, Students
Physics / astronomy
transregional, national
Research results
German
Das untersuchte Material al-RuCl3 – der Baustein zukünftiger Quantencomputer?
Bildnachweis: Dirk Wulferding/TU Braunschweig
None
Ein Blick in das Raman-Labor. Der magneto-optische Kryostat (blauer Zylinder, links im Bild) erlaubt ...
Bildnachweis: Dirk Wulferding/TU Braunschweig
None
You can combine search terms with and, or and/or not, e.g. Philo not logy.
You can use brackets to separate combinations from each other, e.g. (Philo not logy) or (Psycho and logy).
Coherent groups of words will be located as complete phrases if you put them into quotation marks, e.g. “Federal Republic of Germany”.
You can also use the advanced search without entering search terms. It will then follow the criteria you have selected (e.g. country or subject area).
If you have not selected any criteria in a given category, the entire category will be searched (e.g. all subject areas or all countries).
