Quantensimulatoren für die Kristallbildung

Internationales Forschungsteam beschreibt, wie der Einsatz ultrakalter dipolarer Atome neue Möglichkeiten eröffnet. Die Quanteneigenschaften, die der Bildung von Kristallen zugrunde liegen, lassen sich mithilfe von ultrakalten Atomen nachbilden und erforschen. Ein Team um Dr. Axel U. J. Lode vom Physikalischen Institut der Universität Freiburg beschreibt nun im Fachjournal ,,Physical Review Letters", wie der Einsatz dipolarer Atome es ermöglicht, sogar Strukturen, die bislang bei keinem Material beobachtet wurden, zu konstruieren und präzise zu messen. An der theoretischen Studie waren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Freiburg, der Universität Wien und der Technischen Universität Wien in Österreich sowie des Indian Institute of Technology in Kanpur in Indien beteiligt. Kristalle existieren in der Natur in einer Vielzahl von Formen. Sie werden aus unterschiedlichsten Materialien gebildet - von Salz bis zu Schwermetallen wie Bismut. Ihre Strukturen entstehen, weil eine bestimmte regelmäßige Anordnung von Atomen oder Molekülen sich als vorteilhaft erweist, weil sie am wenigsten Energieaufwand benötigt. Beispielsweise ist ein Würfel mit acht Bausteinen - je einem an jeder Ecke - eine Kristallstruktur, die in der Natur oft vorkommt. Die Struktur des Kristalls bestimmt viele seiner physikalischen Eigenschaften, etwa wie gut er Strom oder Hitze leitet, wie er zerbricht oder wie er sich verhält, wenn er beleuchtet wird. Doch wodurch werden diese Strukturen bestimmt?