FAIR

Bei GSI entsteht das neue Beschleunigerzentrum FAIR. Erfahren Sie mehr.

fileadmin/_migrated/pics/FAIR_Logo_rgb.png

GSI ist Mitglied bei

fileadmin/oeffentlichkeitsarbeit/logos/Helmholtz-Logo_web.png

Gefördert von

BMBF HMWK MWWK TMWWDG

Außenstellen

HI-Jena HIM

12.10.2016 | Nobelpreis-Thema: GSI-Forscher auf der Suche nach exotischen Quantenzuständen

Foto: G. Otto, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

Linearbeschleuniger UNILAC

Abbildung: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

Blick durchs Mikroskop

 

Die Suche nach exotischen Quantenzuständen – für ihre Pionierarbeit auf diesem Gebiet haben vor kurzem drei britische Wissenschaftler den Physik-Nobelpreis erhalten. Doch auch am GSI Helmholtzzentrum wird aktiv auf diesem Themengebiet geforscht.

Die frisch gekürten Nobelpreisträger  David Thouless, Duncan Haldane und Michael Kosterlitz können die Auszeichnung für ihre Forschungen zur theoretischen Beschreibung und Vorhersage exotischer Materiezustände entgegen nehmen. Seit ihrer Formulierung begeben sich Generationen von Wissenschaftlern auf die erfolgreiche Suche nach diesen neuen exotischen Materialien. So auch die Abteilung Materialforschung der GSI. Die Wissenschaftler dort verwenden den Ionenstrahl des GSI-Linearbeschleunigers UNILAC, um diese Materialien auf kleinsten Skalen herzustellen und ihre besonderen Eigenschaften zu untersuchen.

Dabei geht es um sogenannte Topologische Isolatoren. Das sind Materialien, die eigentlich isolieren, aber an ihrer Oberfläche dennoch Strom leiten. Da dies in einer extrem dünnen Schicht, nur eine Atomlage dick, geschieht, werden die für den Strom verantwortlichen Elektronen weniger gestreut und können fast widerstandsfrei fließen. Außerdem ist der Spin der Elektronen, welcher zwei Werte – "up" oder "down" – annehmen kann, an die Fließrichtung der Elektronen gekoppelt. Findet man einen Weg, diesen Spin zu manipulieren, so eröffnen sich neue Möglichkeiten, um Informationen zu übertragen.

Im Rahmen ihrer Promotionsarbeit in der Abteilung Materialforschung der GSI beschäftigt sich Janina Krieg mit dem Topologischen Isolator Bismut-Tellurid, den sie in Form von Nanodrähten herstellt, die nur ein Zehntausendstel so dick sind wie ein Haar. Durch Aufbringen winziger elektrischer Kontakte kann eine Spannung an einen einzelnen Nanodraht angelegt werden. Setzt man diesen zusätzlich einem extrem starken Magnetfeld aus (250.000 Mal so stark wie das Erdmagnetfeld), kann die exotische Oberfläche untersucht werden. Dieses Verständnis ist ein wichtiger Teilschritt auf dem Weg zur Realisierung energieeffizienterer Elektronik und zu Anwendungen wie beispielsweise Quantencomputern.

Weitere Informationen

Beitrag im Fachjournal Nano Letters

Mehr zum Nobelpreis für Physik


/fileadmin/oeffentlichkeitsarbeit/Aktuelles/2016/UNILAC_Driftroehren_.jpg
/fileadmin/oeffentlichkeitsarbeit/Aktuelles/2016/Quanten_Mikroskop.jpg
Linearbeschleuniger UNILAC
Blick durchs Mikroskop
Den Ionenstrahl des GSI-Linearbeschleunigers UNILAC verwenden Wissenschaftler der Abteilung Materialforschung, um exotische Materialien auf kleinsten Skalen herzustellen und ihre besonderen Eigenschaften zu untersuchen.
Rasterelektronenmikropieaufnahme eines einzelnen kontaktierten Bismut-Tellurid Nanodrahts. Links: Vier metallische Kontakte, die mit Hilfe von Lithographie, einer Methode, die auch zur Herstellung von Computerchips verwendet wird, auf den Nanodraht aufgebracht sind. Rechts: Vergrößerung des Nanodrahts (25 nm Durchmesser) und der vier Kontaktarme.
Foto: G. Otto, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
Abbildung: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung