aktualitäten 2022

Wissenschaftler der EPFL haben die Probleme bei der Skalierung von quantenmechanischen optomechanischen Systemen gelöst und das erste optomechanische Graphennetzwerk mit supraleitendem Schaltkreis geschaffen. Die präzise Steuerung mikromechanischer Oszillatoren ist für viele zeitgenössische Technologien von entscheidender Bedeutung, von der Sensorik und Synchronisation bis hin zu den Hochfrequenzfiltern von Smartphones.

In der Makrowelt ist Reibung eigentlich nicht von der Geschwindigkeit abhängig, mit der sich zwei Flächen aneinander vorbei bewegen. Genau das haben nun jedoch Forschende aus Basel und Tel Aviv bei speziellen Strukturen von Graphen auf einer Platinoberfläche beobachtet. Materialien, die aus einzelnen atomaren Schichten bestehen, sind aufgrund ihrer potenziell geringen Reibung interessant für Anwendungen, bei denen Reibung reduziert werden soll.

Wissenschaftler der EPFL haben photonische integrierte Schaltkreise entwickelt, die ein neues Prinzip der Lichtverstärkung auf einem Siliziumchip demonstrieren.

Physiker der Universität Basel haben erstmals experimentell belegt, dass es eine negative Korrelation gibt zwischen den beiden Spins eines verschränkten Elektronenpaares aus einem Supraleiter. Für ihre Untersuchung verwendeten sie Spinfilter aus Nanomagneten und Quantenpunkten, wie sie im Wissenschaftsjournal 'Nature' berichten.

Forschende haben eine Methode entwickelt um mehrere Nanopartikel gleichzeitig auf Temperaturen von nur wenigen Tausendstel Grad über dem absoluten Nullpunkt abzukühlen. Mit dieser neuen Methode können Quanteneffekte mehrerer Nanopartikel studiert und hochempfindliche Sensoren gebaut werden. In den letzten vierzig Jahren haben Physiker:innen gelernt, immer grössere Objekte auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt abzukühlen: Atome, Moleküle und zuletzt auch Nanopartikel, die aus Milliarden von Atomen bestehen.

Forschende von ETH und Universität Zürich entwickeln die Magnetresonanztomographie weiter. Sie machen so den Stoffwechsel im Körper sichtbar. Ziel ist es, dass Herzerkrankungen damit in Zukunft besser diagnostizieret und behandelt werden können. Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist aus der Medizin nicht mehr wegzudenken.

Mit Hilfe eines an der Universität Bern entwickelten Präzisionsexperiments konnte ein internationales Forschungsteam den Spielraum für die Existenz von dunkler Materie deutlich einschränken. Das Experiment wurde an der Europäischen Forschungsneutronenquelle des Instituts Laue-Langevin in Frankreich durchgeführt und liefert einen wichtigen Beitrag bei der Suche nach diesen noch unbekannten Materieteilchen.

Forschern ist es erstmals gelungen, ein supraleitendes Bauteil aus Graphen zu bauen, das quantenkohärent und empfindlich gegenüber Magnetfeldern ist. Damit eröffnen sich für die Grundlagenforschung interessante neue Perspektiven. Es ist weniger als 20 Jahre her, seit es Konstantin Novoselov und Andre Geim erstmals gelang, zweidimensionale flächige Kristalle herzustellen, die nur aus einer Schicht Kohlenstoffatome bestehen.

Die weitere Miniaturisierung von Infrarotoder IR-Detektoren ist entscheidend für ihre Integration in die nächste Generation von Unterhaltungselektronik, «Wearables» und Kleinstsatelliten. Bislang waren IR-Detektoren jedoch auf sperrige (und teure) Materialien und Technologien angewiesen.

Zum Vergolden von Skulpturen verwendeten Künstler im späten Mittelalter oft einen hauchdünnen Goldfilm, der von einer Silberschicht getragen wurde. Nun haben Forschende am Paul Scherrer Institut PSI erstmals dreidimensionale Nanobilder von diesem sogenannten Zwischgold gemacht. Die Aufnahmen zeigen, wie hoch entwickelt die mittelalterliche Fertigungstechnik war, und erklären, warum die Restaurierung dieser Kunstwerke so schwierig ist.

Physikerinnen und Physiker der EPFL haben eine Formulierung entwickelt, die das uralte Problem der Selbstinteraktion von Elektronen bei der Untersuchung von Polaronen, Quasiteilchen, die durch Elektron-Phonon-Wechselwirkungen in Materialien entstehen, löst. Ihre Arbeit kann zu beispiellosen Berechnungen von Polaronen in großen Systemen, zu systematischen Studien großer Materialgruppen und zu einer sich über lange Zeiträume entwickelnden Molekulardynamik führen.

Neuronale Netzwerke sind lernende Algorithmen, die sich durch Training mit vorhandenen Daten der Lösung einer Aufgabe annähern. Meist ist aber unklar, wie genau sie dies bewerkstelligen. Zwei junge Basler Physiker haben nun Formeln hergeleitet, mit denen man die optimale Lösung ganz ohne Training eines Netzwerks ausrechnen kann.

Materialien extrem abzukühlen ist wichtig für die physikalische Grundlagenforschung und technische Anwendungen. Basler Forschern ist es nun gelungen, einen elektrischen Schaltkreis auf einem Chip durch Verbesserung eines speziellen Kühlschranks und eines Niedrigtemperatur-Thermometers auf 220 Mikrokelvin zu kühlen - nahe dem absoluten Temperatur-Nullpunkt.

Wissenschaftlern der EPFL ist es zum ersten Mal gelungen, Bakterien dazu zu bringen, spontan fluoreszierende Kohlenstoffnanoröhrchen anzunehmen. Dieser Durchbruch ebnet den Weg für neue biotechnologische Anwendungen von Prokaryoten, wie z. B. die Verfolgung von Bakterien im nahen Infrarotbereich und "lebende Photovoltaik", Geräte, die Energie mithilfe von lichtempfangenden Bakterien erzeugen.

Wissenschaftlern der EPFL, des Max-Planck-Instituts für multidisziplinäre Wissenschaften und der Universität Göttingen ist es gelungen, auf einem Mikrochip ein neues, hochauflösendes Licht zu erzeugen.erstmals auf kontrollierte Weise Elektronen-Photonen-Paare zu erzeugen, indem sie auf einem Chip integrierte photonische Schaltkreise verwenden.

Kanadische Forschende haben entdeckt, dass sie mit Ultraschall Hydrogelpflaster besonders stark auf die Haut kleben können. ETH-Professorin Outi Supponen hat nun den darunterliegenden Mechanismus aufgeklärt: Im Klebstoff zwischen Pflaster und Haut bilden sich implodierende Bläschen, die das Pflaster auf der Haut verankern.

Die Quantenschlüsselverteilung ist eine kryptografische Methode, die seit langem ein Sicherheitsniveau für die Kommunikation verspricht, das mit herkömmlicher Kryptografie nicht erreicht werden kann. Zum ersten Mal hat ein internationales Team, darunter auch Wissenschaftler der EPFL, den experimentellen Nachweis eines Ansatzes zur Quantenschlüsselverteilung erbracht.

Forschende an der ETH Zürich haben eine Methode entwickelt, mit der nur wenige Attosekunden dauernde Elektronenbewegungen in Wasser-Clustern zeitlich aufgelöst werden können. Die Technik kann sowohl zur genaueren Erforschung von Wasser als auch für schnellere Elektronik benutzt werden. Nahezu alle lebenswichtigen chemischen Prozesse spielen sich in wässrigen Lösungen ab.

Forschende haben mit einer neuen Messtechnik die Gravitationskonstante G neu bestimmt. Obwohl der gemessene Wert noch eine hohe Unsicherheit aufweist, hat die Methode ein grosses Potenzial, um eines der fundamentalsten Naturgesetze zu Überprüfen. Die Gravitationskonstante G bestimmt die Stärke der Schwerkraft.

Mithilfe einer neuen Methode lassen sich spiegelbildliche Substanzen besser voneinander unterscheiden. Das ist unter anderem bei der Herstellung von Arzneimitteln wichtig, weil die beiden Varianten völlig unterschiedliche Wirkungen im menschlichen Körper entfalten können. Das neue Verfahren beschreiben Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI, der ETH Lausanne (EPFL) und der Universität Genf nun im Fachblatt Nature Photonics .