Zürich – Forschende der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) haben die Methode des Quanten-Pointillismus entwickelt, mit dem physikalische Rätsel gelöst werden können. Gemeinsam mit amerikanischen Forschenden konnten sie eine besondere Form des Magnetismus sichtbar machen, die bisher nicht erklärt werden konnte.
Eugen Demler und seine Mitarbeitenden an der ETH haben einen neue Methode entdeckt, mit der sie untersuchen können, wie einzelne bewegliche Elektronen bestimmte Materialien magnetisch werden lassen können. Damit die Forschenden das komplexe Quantensystem aus vielen miteinander wechselwirkenden Teilchen unter die Lupe nehmen können, haben Forschende der amerikanische Universitäten Havard und Cambridge mit Hilfe von Quantensimulatoren Bilder aus bunten Pünktchen erzeugt und damit die Methode sichtbar gemacht. Sie wird in Anlehnung an die Maltechnik des Pointillismus als Quanten-Pointillismus bezeichnet.
„Zum ersten Mal haben wir damit ein physikalisches Rätsel mit Experimenten sowohl am ,echten’ Festkörper als auch im Quantensimulator gelöst“, wird Eugen Demler in einer Mitteilung zitiert. „Unsere theoretischen Arbeiten sind dabei der Leim, der alles zusammenhält.“ Demler sei zuversichtlich, dass seine Methode künftig auch bei anderen kniffligen Problemen hilfreich sein wird. So könnte beispielsweise der Mechanismus auch in Hochtemperatursupraleitern eine wichtige Rolle spielen, heisst es in der Mitteilung. Die Supraleitfähigkeit von nicht-metallischen Materialien wie Keramik konnte bisher nicht erklärt werden.
Begonnen habe alles vor etwa zwei Jahren an der ETH, als eine Arbeitsgruppe um Ataç Imamoğlu spezielle Materialien mit dreieckigem Kristallgitter (Moiré-Materialien aus Übergangsmetall-Dichalcogeniden) im Experiment untersuchte. Bei der Analyse von Imamoğlus Daten seien Demler und sein Postdoktorand Ivan Morera auf Besonderheiten gestossen, die auf eine bis dahin nur theoretische vorhergesagte Art von Magnetismus hinwiesen. „Bei diesem kinetischen Magnetismus können einige wenige Elektronen, die sich im Kristallgitter bewegen, das Material magnetisieren“, wird Morera zitiert. „Die Untersuchungen stellen einen Paradigmenwechsel in unserem Verständnis solcher magnetischen Quantenphänomene dar“, so Demler weiter. „Bisher konnten wir diese nicht im Detail studieren.“ ce/js
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