Mit einem neuartigen Quantensimulator aus ultrakalten Atomen in einem Lichtgitter können Wissenschaftler wie mit einem Baukasten neue Materialien erzeugen und untersuchen. Physikern des Forschungszentrums Jülich, der Universität Mainz und der Universität Köln ist es jetzt gelungen, mit dieser Versuchsanordnung eines der spektakulärsten elektronischen Phänomene darzustellen: Wenn die Wechselwirkungen zwischen den Elektronen zu stark werden, kann ein Metall plötzlich seine Leitfähigkeit verlieren. Der resultierende sogenannte Mott-Isolator ist ein Beispiel für einen Zustand starker elektronischer Wechselwirkungen in der Physik der kondensierten Materie, da er einen Ansatzpunkt für die Untersuchung des Quantenmagnetismus liefert. Darüber hinaus findet man diesen Isolatorzustand in unmittelbarem Zusammenhang mit der Hochtemperatursupraleitung.
Die Versuchsanordnung in Mainz erlaubt es, die Dichte der Atome und die Stärke der abstoßenden Wechselwirkung zwischen den Atomen unabhängig voneinander einzustellen. Durch die Untersuchung des Verhaltens der Atome bei steigendem Druck und verstärkten Wechselwirkungen ist es den Forschern gelungen, den Mott-Isolator im Quantengas der Atome nachzuweisen.
Der Vergleich mit theoretischen Berechnungen von Gruppen in Jülich und Köln, die umfangreiche Simulationen an einem Jülicher Supercomputer erforderten, ergab eine ausgezeichnete Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment. Zudem zeigten die Forscher durch diese Berechnungen, dass eine unter der Abkürzung DMFT (Dynamische Molekularfeld-Theorie) bekannte Schlüsselmethode der Theorie der kondensierten Materie auch auf reale Systeme anwendbar ist.
Teilen: