Paper von Immanuel Bloch in Fachzeitschrift Nature veröffentlicht
Jegliche Materie tritt in unterschiedlichen Phasen auf, die ineinander übergehen können. Ein Beispiel dafür ist Wasser, das in flüssiger Form, als Eis oder Dampf existiert – je nach den äußeren Bedingungen. Die verschiedenen physikalischen Phasen haben zwar dieselbe chemische Zusammensetzung, aber ein unterschiedliches Maß an innerer Ordnung. Ändern sich etwa die Temperatur oder der Druck, wechselt das Wasser an einem bestimmten Punkt in eine andere Phase. Allerdings: Bei manchen Materialien existieren Phasen, zwischen denen ein Übergang nicht möglich ist, da sie durch eine bestimmte Form von Symmetrie geschützt sind. Die Physiker sprechen dabei von topologischen Phasen.
Ein Beispiel dafür ist die nach dem Physiknobelpreisträger von 2016 Duncan Haldane benannte Haldane-Phase, die in antiferromagnetischen Spin-1-Ketten auftritt. Dem Team um Immanuel Bloch und Timon Hilker am MPQ ist es nun gelungen, diesen exotischen Materiezustand in einem einfachen System aus ultrakalten Atomen zu realisieren. Mit einem Quantengasmikroskop brachten sie die atomaren Spins in die gewünschte Form, vermaßen die Eigenschaften des Systems und fanden so die für die Haldane-Phase typische versteckte innere Ordnung.
Durch ihre Resultate haben die Max-Planck-Forschenden nicht nur die Basis gelegt, um theoretische Vorhersagen zu topologischen Phasen experimentell zu überprüfen. Ihre neuen Erkenntnisse könnten künftig auch eine praktische Anwendung finden – in Quantencomputern. Mithilfe topologischer Phasen wäre man in der Lage die Stabilität von Qubits, den grundlegenden Recheneinheiten von Quantencomputern, zu gewährleisten.
Herzlichen Glückwunsch Immanuel Bloch!