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Stromübertragung auf atomarer Ebene
Heidelberger Physiker entwickeln einen neuen Ansatz, Bauteile zur Signalverarbeitung aus einzelnen Atomen herzustellen.
09.04.2014, 06:00
kum/rnz. In einer Studie zum Transport von Atomen in ultrakalten Gasen hat ein Team von Physikern um Dr. Sandro Wimberger einen neuen Ansatz zu der Frage entwickelt, wie sich die Übertragung von Strom auf atomarer Ebene realisieren lässt. Dies könnte für die Herstellung von logischen Bauelementen mit fest definierten Funktionen auf der Basis einzelner Atome von besonderer Bedeutung sein und zum Beispiel in Transistoren oder Dioden Anwendung finden.
Die am Institut für Theoretische Physik der Universität Heidelberg durchgeführten Forschungsarbeiten sind auf dem innovativen Feld der Atomtronics angesiedelt. Dabei geht es um das fundamentale Verständnis quantenmechanischer Effekte im Vergleich zur klassischen Elektronik.
Neue experimentelle Möglichkeiten, ultrakalte atomare Gase gezielt zu kontrollieren, erlauben die Bottom-Up-Herstellung und Untersuchung von logischen Bauelementen. Die Heidelberger Arbeitsgruppe befasst sich mit dem Transport einzelner Atome durch eine Kette von sogenannten Potenzialtöpfen. "In ganz anderen Größenordnungen können wir uns einen leeren Eierkarton vorstellen, in dem Eier durch die einzelnen Vertiefungen von einem Ende des Kartons zum anderen ,wandern'", so der Heidelberger Physiker Wimberger.
Die Atome verhalten sich bei diesen Untersuchungen kohärent, das heißt, dass sie im dynamischen Transportverlauf einer gemeinsamen festen Regel folgen. In diesem Fall ist ihr Verhalten komplett quantenmechanisch über die gesamte Kette der Potenzialtöpfe hinweg. Gleichzeitig wechselwirken jedoch die verschiedenen Atome miteinander, was den Transport von einem in den nächsten Topf beeinflussen kann.
Analog zum Fließen von Elektronen in einem Festkörper, dem elektrische Spannung anliegt, arbeiten die Heidelberger Wissenschaftler mit bosonischen Atomen aus einem großen Teilchenreservoir, die an ein Gitter von Potenzialtöpfen gekoppelt werden. Einzelne Bosonen fließen daraus über die Gitter-Kette zu einem kleineren Reservoir von Teilchen ab, wobei Strom erzeugt wird. "Dieser Strom ist abhängig von den Eigenschaften der Teilchenreservoire, vor allem aber von den Wechselwirkungen zwischen den Atomen", sagt Anton Ivanov, der Erstautor der Studie.
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