14. Juni 2022
Neue Veröf­fent­li­chung von Immanuel Bloch
© Hector Fellow Academy

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!