Quantenstrukturen mit Haaresbreite

• 11. January 2012

Ein spezieller Chip dient als Grundlage für ultrasensible Gyroskope zur Messung von Schwerkraft und Magnetfeldern, sowie für Quantenschaltkreise.

Ein Team von Physikern vom Nanophotonics Centre der University of Cambridge hat einen Chip konstruiert, auf dem sie Elektronen in einen Quantenzustand versetzen können, aus dem diese Licht emittieren und so mit bloßem Auge zu sehen sind. Da dieses Phänomen bei einfacher Bestrahlung mit Laserlicht auftritt, eignet sich der Chip für den Einsatz als Sensor.

Quantenmechanische Effekte treten sonst meist nur bei winzigen Partikeln oder bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt auf. Die Physiker um Jeremy Baumberg brachten sie jedoch zutage, indem sie Elektronen mit Photonen so kombinierten, dass daraus vergleichsweise riesige Quantenstrukturen von der Dicke eines menschlichen Haars entstanden, die sich wie Supraleiter verhalten. Dazu produzierten die Forscher mit Kollegen aus Kreta spezielle Chips, in denen sich Polaritonen bilden und recht ungehindert bewegen können.

Bei der Injektion über zwei oder mehrere Laserpunkte begann die entstandene Quantenflüssigkeit, spontan vor und zurück zu schwingen – ein harmonischer Oszillator, jedoch tausendmal größer als sonst. Die quantenmechanisch verschränkten Polaritonen weisen weitere kuriose Eigenschaften auf, wie die Tendenz, sich selbst voneinander abzustoßen oder nur in bestimmtem Maße zu rotieren, sodass sich Wirbel in regelmäßigen Abständen bilden.

Den Forschern gelang es, durch hinzufügen weiterer Laserpunkte oder deren Verschieben auf dem Chip das Fließen der Supraflüssigkeit zu beeinflussen und komplexere Quantenzustände anzuregen. Da dies alles mit Batterien als Stromversorgung und bei Raumtemperatur möglich ist, ergeben sich eine Reihe von Anwendungen als Sensoren und Bausteine für Quantenschaltkreise.

UCam / OD