Abo
  • Services:

Hoffnung auf Quantencomputer und neue Supraleiter

Einer der Ausgangspunkte für die ersten theoretischen Untersuchungen von Oberflächen war der Quanten-Hall-Effekt. Er tritt auf, wenn flaches Metallband bis knapp über den absoluten Nullpunkt abgekühlt und einem sehr starken Magnetfeld ausgesetzt wird. Unter diesen Bedingungen nimmt die Leitfähigkeit des Metallbandes nur schrittweise ganz bestimmte Werte über null an, etwa das Doppelte, Dreifache, Vierfache des kleinstmöglichen Wertes. So ein Verhalten kann nur zustande kommen, wenn einzelne Elektronen nacheinander für die Leitung von Strom frei werden.

Stellenmarkt
  1. M-net Telekommunikations GmbH, München
  2. McService GmbH, München

Dieser Wert ist dabei bis auf den milliardsten Teil exakt und dient heute zur Definition des elektrischen Widerstands. Die Genauigkeit ist dabei äußerst ungewöhnlich, weil kein Wert irgendeiner anderen beteiligten physikalischen Größe wie der Temperatur oder der Magnetfeldstärke so genau eingestellt werden kann. Bei der theoretischen Untersuchung der dafür nötigen Energie stießen die Forscher auf eine Lösung, die mathematisch sehr elegant ist. In den Gleichungen hoben sich die Stoffeigenschaften gegenseitig so auf, dass die nötige Energie nur noch von der Geometrie des Materials abhängt und deshalb immer mit so hoher Genauigkeit die gleichen Werte liefert.

Neue Eigenschaften wurden vorhergesagt

Die so gewonnenen mathematischen Lösungen wurden benutzt, um weitere Eigenschaften von Oberflächen vorherzusagen, die sich nicht nur auf elektrische Eigenschaften beschränken. Die Teilchen in superfluidem Helium folgen mathematisch ähnlichen Gesetzen, wie die Elektronen in Oberflächen von Leitern. Mit den Lösungen konnten nicht nur eine Reihe von physikalischen Phänomenen erklärt, sondern auch Vorhersagen getroffen werden.

Zu den Vorhersagen gehörte, dass sich bei niedrigen Temperaturen Wirbelpaare bilden werden, sowohl in Elektronen als auch in Oberflächen aus superfluidem Helium. Wirbelbildung galt zunächst als unmöglich, erst recht bei niedrigen Temperaturen, weil die Bildung zu viel Energie benötigt. Aber bald danach fanden Forscher heraus, dass sich bei niedrigen Temperaturen aneinander gebundene Paare entgegengesetzter Wirbel bilden können, die viel weniger Energie benötigen.

Beobachtet wurden sie indirekt, beispielsweise durch sprunghafte Dichteänderungen von superfluidem Helium. Denn bei höheren Temperaturen trennen sich die Wirbelpaare und nehmen dabei Energie auf, ohne dass die Temperatur steigt - wie in einem Phasenübergang. Wenn Wasser verdampft, bleibt die Temperatur des flüssigen Wassers zunächst auch konstant, während der Verdampfungsprozesss Energie aufnimmt. Anders als beim Wasser ändert der Phasenübergang der Oberflächenwirbel aber nichts an der Geometrie des zugrundeliegenden Stoffs, was eine physikalische Neuheit war.

Quanteneffekte bei hohen Temperaturen

Am meisten Aufsehen erregt aber die Tatsache, dass die quantenphysikalischen Eigenschaften der Oberflächen relativ robust gegenüber hohen Temperaturen oder Verunreinigungen im Material sind. Diese Eigenschaften können hilfreich beim Bau von Computern sein, die Quanteneffekte für Berechnungen ausnutzen sollen. Andere Forscher hoffen, damit Supraleiter entwickeln zu können, die bei noch höheren Temperaturen funktionieren als bisher.

Dabei ist nicht klar, ob sich alle diese Hoffnungen tatsächlich in die Praxis überführen lassen. Der Nobelpreis wurde für die Bestätigung einer Theorie vergeben, nicht für eine mögliche Anwendung.

 Nobelpreis: Ist ein Topologe anwesend?
  1.  
  2. 1
  3. 2


Anzeige
Spiele-Angebote
  1. 34,99€ (erscheint am 14.02.)
  2. 32,99€ (erscheint am 15.02.)
  3. 4,95€

Frank... 09. Okt 2016

Das ist merkwürdig. Denn das verlinkte Video an sich existiert noch: https://www.youtube...

merodac 05. Okt 2016

Auch von mir ein Danke und Hut ab vor der Leistung, solche Zusammenhänge verständlich...


Folgen Sie uns
       


Bright Memory Episode 1 - 10 Minuten Gameplay

Wir zeigen die ersten 10 Minuten von Bright Memory, dem actionreichen Indie-Ego-Shooter mit spektakulären Schwertkampf-Einlagen.

Bright Memory Episode 1 - 10 Minuten Gameplay Video aufrufen
Rohstoffe: Woher kommt das Kobalt für die E-Auto-Akkus?
Rohstoffe
Woher kommt das Kobalt für die E-Auto-Akkus?

Für den Bau von Elektroautos werden Rohstoffe benötigt, die aus Ländern kommen, in denen oft menschenunwürdige Arbeitsbedingungen herrschen. Einige Hersteller bemühen sich zwar, fair abgebaute Rohstoffe zu verwenden. Einfach ist das aber nicht, wie das Beispiel von Kobalt zeigt.
Ein Bericht von Werner Pluta

  1. Implosion Fabrication MIT-Forscher schrumpfen Objekte
  2. Meeresverschmutzung The Ocean Cleanup sammelt keinen Plastikmüll im Pazifik
  3. Elowan Pflanze steuert Roboter

Eden ISS: Raumfahrt-Salat für Antarktis-Bewohner
Eden ISS
Raumfahrt-Salat für Antarktis-Bewohner

Wer in der Antarktis überwintert, träumt irgendwann von frischem Grün. Bei der Station Neumayer III hat das DLR vor einem Jahr ein Gewächshaus in einem Container aufgestellt, in dem ein Forscher Salat und Gemüse angebaut hat. Das Projekt war ein Test für künftige Raumfahrtmissionen. Der verlief erfolgreich, aber nicht reibungslos.
Ein Interview von Werner Pluta

  1. Eden ISS DLR will Gewächshaus-Container am Südpol aus Bremen steuern
  2. Eu-Cropis DLR züchtet Tomaten im Weltall
  3. NGT Cargo Der Güterzug der Zukunft fährt 400 km/h

Kaufberatung: Den richtigen echt kabellosen Bluetooth-Hörstöpsel finden
Kaufberatung
Den richtigen echt kabellosen Bluetooth-Hörstöpsel finden

Wer sie einmal benutzt hat, möchte sie nicht mehr missen: sogenannte True Wireless In-Ears. Wir erklären auf Basis unserer Tests, was beim Kauf von Bluetooth-Hörstöpseln beachtet werden sollte.
Von Ingo Pakalski

  1. Nuraphone im Test Kopfhörer mit eingebautem Hörtest und Spitzenklang
  2. Patent angemeldet Dyson soll Kopfhörer mit Luftreiniger planen

    •  /