aktualitäten 2021

Quanteneffekte in Supraleitern könnten der Halbleitertechnologie eine neue Wendung geben. Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI und der Universität Cornell im US-Bundesstaat New York haben ein Verbundmaterial identifiziert, das Quantenbauelemente in die Halbleitertechnologie integrieren und damit elektronische Bauteile deutlich leistungsstärker machen könnte.

Sogenannte sterile Neutrinos waren mehr als zwei Jahrzehnte lang eine vielversprechende Erklärung für Anomalien, die in früheren physikalischen Experimenten beobachtet wurden. Erste Ergebnisse der internationalen MicroBooNE-Kollaboration, an der auch die Universität Bern beteiligt ist, geben nun aber keinen Hinweis darauf, dass die theoretischen Elementarteilchen tatsächlich existieren.

Ein internationales Team mit Beteiligung des Paul Scherrer Instituts PSI zeigt auf, wie Licht die Eigenschaften von Festkörpern grundlegend verändern kann und wie diese Effekte für zukünftige Anwendungen genutzt werden können. Die Fortschritte auf diesem Gebiet, die unter anderem auf Experimenten beruhen, die auch am Schweizer Freie-Elektronen-Röntgenlaser SwissFEL durchgeführt werden können, fassen die Forschenden im Fachmagazin Reviews of Modern Physics zusammen.

Unter der Leitung der Empa und des International Iberian Nanotechnology Laboratory gelang es einem internationalen Forscherteam erstmals, Quanten-Spinketten aus Kohlenstoff zu bauen, wie sie in der aktuellen Ausgabe von «Nature» berichten. Mittels Rastertunnelmikroskopie lieferten sie experimentelle Beweise für eines der wichtigsten Modelle des Quantenmagnetismus: die Haldane-Phase, erstmals 1983 vorhergesagt von F.D.M.

Ein Zusammenhang zwischen der Zusammensetzung von Planeten und ihrem jeweiligen Wirtsstern wurde in der Astronomie schon lange vermutet. Ein Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, an dem auch Forschende des Nationalen Forschungsschwerpunkts (NFS) PlanetS von der Universität Bern und der Universität Zürich beteiligt sind, liefert dafür nun erstmals empirische Belege - und widerspricht der langjährigen Annahme teilweise zugleich.

Die Quantenphysik öffnet uns die Augen für eine ganzheitliche Sicht der Wirklichkeit. Nichts lässt sich isoliert betrachten - und es regiert der Zufall. Ein philosophisches Stück. Normalerweise gehen wir davon aus, dass die uns umgebenden Objekte unabhängig von uns oder anderen Objekten existieren. Wir können ein Glas als wohldefiniertes Objekt betrachten und seine chemischen oder physikalischen Eigenschaften im Labor untersuchen.

Lassen sich dank der Quantenphysik dereinst unlösbare Probleme im Nu bewältigen? Im Prinzip ja - wäre da nicht die Fehleranfälligkeit. Forschende arbeiten mit Hochdruck an robusten Systemen. 0 oder 1, auf diesem einfachen Prinzip ist - salopp gesagt - unsere digitale Informationsgesellschaft aufgebaut.

Lange prägten Theorie und Hardware die Entwicklung der Quantencomputer. Nun rücken zunehmend Fragen der Programmierung, Software und Sicherheit in den Vordergrund. Lange Zeit waren Quantencomputer ein Ansinnen von Physikern. Zu Beginn der 1980er-Jahre fragte sich einer ihrer bekanntesten Vertreter, Richard Feynman (1918 - 1988), ob man die Phänomene der Quantenphysik Überhaupt je mit einem klassischen Computer werde effizient berechnen und simulieren können.

Ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung des Paul Scherrer Instituts PSI hat ein Geheimnis um die Schale eines Meerestiers gelüftet: Die Forschenden haben entschlüsselt, weshalb die Schutzhülle des Armfüssers Discinisca tenuis in Wasser extrem weich und an der Luft wieder hart wird. Die Studie erscheint heute im Fachblatt Nature Communications .

Forschende haben ein raffiniertes Verfahren entwickelt, mit dem sich Objekte akustisch verbergen oder vorspiegeln lassen. Wenn wir ein Musikstück hören, nehmen wir nicht nur die Töne wahr, welche die Instrumente erzeugen, sondern gleichzeitig auch ein Abbild der Umgebung, in der wir uns befinden. Denn die Schallwellen werden an Wänden und Objekten in unserer Umgebung reflektiert, so dass ein charakteristischer Klangeffekt - also ein spezifisches akustisches Feld - entsteht.

An der ETH Zürich haben Forschende einen neuen Materiezustand beobachtet: In gegeneinander verdrehten Graphenschichten verbünden sich zwei elektrische Leiter zu einem Isolator. Aus dem Physikunterricht kennt man das Ohmsche Gesetz. Es besagt, dass die angelegte Spannung und der elektrische Widerstand bestimmen, wie viel Strom durch einen Leiter fliesst.

Forschenden ist es gelungen, Nanokristalle aus zwei verschiedenen Metallen mittels eines Amalgamierungs-Prozesses herzustellen, bei dem ein flüssiges Metall ein festes durchdringt. Diese neue und Überraschend intuitive Technik macht es möglich, eine grosse Bandbreite an intermetallischen Nanokristallen mit massgeschneiderten Eigenschaften für verschiedenste Anwendungen zu produzieren.

Viele wissenschaftliche Experimente setzen voraus, dass die Zeit mit Hilfe einer klar definierten Frequenz mit hoher Präzision gemessen werden kann. Ein neuer Ansatz erlaubt es nun, die Frequenzmessung im Labor direkt mit der Atomuhr in Bern zu vergleichen. Für viele wissenschaftliche Experimente benötigen die Forschenden heute eine präzise Referenzfrequenz, mit der sie die Zeitmessung ihrer Geräte kalibrieren können.

Manche physikalischen Systeme, insbesondere in der Quanten-Welt, finden auch nach langer Zeit nicht zu einem stabilen Gleichgewicht. Ein Forscher hat nun eine elegante Erklärung für das Phänomen gefunden. Wer eine Flasche Bier in eine grosse Badewanne voll eiskalten Wassers legt, der wird alsbald ein kühles Bier geniessen können.

Forschende der ETH Zürich konnten zusammen mit einem internationalen Team mithilfe seismischer Daten erstmals ins Innere des Mars blicken. Sie haben Kruste, Mantel und Kern vermessen und deren Zusammensetzung eingegrenzt. Die drei resultierenden Artikel erscheinen gleichzeitig im Fachmagazin «Science» als Titelgeschichte.

Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI und des Brookhaven National Laboratory (BNL) haben in einem internationalen Team eine neue Methode für komplexe Röntgenuntersuchungen entwickelt, mit der sogenannte korrelierte Metalle besser verstanden werden können. Diese Materialien könnten für praktische Anwendungen in der Supraleitung, Datenverarbeitung oder in Quantencomputern nützlich sein.

Forschende der ETH Zürich haben ein hundert Nanometer grosses Kügelchen mit Laserlicht gefangen und seine Bewegung bis auf den niedrigsten quantenmechanischen Zustand abgebremst. Damit lassen sich Quanteneffekte an makroskopischen Objekten untersuchen und extrem empfindliche Sensoren bauen. Warum können sich Atome oder Elementarteilchen gemäss der Quantenphysik wie Wellen verhalten und so an mehreren Orten gleichzeitig sein?

Wenn sich fluoreszierende Farbstoffmoleküle perfekt aneinanderschmiegen, entsteht etwas völlig Neues: Ein über viele Moleküle verteilter angeregter Zustand. Solche 'kollektiven Anregungen' lassen sich vielfältig nutzen - etwa für organische Solarpanels, in Sensoren, für ultraschnelle Datenübertragung oder in der Mikroskopie.

Forschende der Universität Basel haben erstmals einen atomar dünnen Halbleiter mit supraleitenden Kontakten versehen. Solche extrem dünnen Bauelemente mit neuartigen elektronischen und optischen Eigenschaften könnten den Weg für bisher ungeahnte Anwendungen ebnen. Kombiniert mit Supraleitern sollen sie neue Quantenphänomene erzeugen und Verwendung in der Quantentechnologie finden.

Forschenden der ETH Zürich ist die Beobachtung eines Kristalls gelungen, der nur aus Elektronen besteht. Solche Wigner-Kristalle wurden bereits vor fast neunzig Jahren vorhergesagt, konnten aber erst jetzt direkt in einem Halbleitermaterial beobachtet werden. Kristalle faszinieren die Menschen seit jeher.