Nachrichten zum Thema Quantenphysik

Spin-Eis: Areal von winzigen Nanomagneten, die in einer zweidimensionalen Schicht angeordnet sind (Grafik)

Exotisches Spin-Eis für neuartige Datenspeicher

Magnetische Eigenschaften hauchdünner Nanoinseln mit eisähnlicher Struktur lassen sich bei Raumtemperatur kontrollieren – Anwendung für Quantencomputer denkbar
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Atomkernuhr: Schematischer Aufbau zur Bestimmung des angeregten Kernzustands in Thoriumkernen

Die Atomkernuhr

Deutsche Physiker finden nuklearen Anregungszustand im Element Thorium für eine zehnfach genauere Zeitmessung
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Neuartige Leuchtdiode vereint Perowskit-Kristalle (PS) und Quantenpunkte (QD) in einem vielschichtigen Aufbau.

Nach Forschungsboom bei Solarzellen: Leuchtdioden aus Perowskit-Kristallen

Kombiniert mit winzigen Quantenpunkten lässt sich in ersten Prototypen die Farbe des ausgestrahlten Lichts gezielt beeinflussen
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Modell eines Quantenknotens aus in sich geschlossenen und ineinander verschachtelten Ringstrukturen (künstlerische Illustration)

Verknotete Quantenmaterie

Exotisches Experiment mit einer tiefgekühlten Wolke aus Rubidiumatomen kann zu neuen Impulsen für die Entwicklung von Quantencomputern führen
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Aufbau eines Terahertz-Lasers: Dank Dichteschwankungen von Elektronen in einer Graphenschicht lassen sich die Wellenlängen von Terahertzpulsen kontrolliert steuern. (Grafik)

Mehr Kontrolle über Terahertz-Laser

Mit dünnen Kohlenstoffschichten kann die Wellenlänge von Terahertzpulsen gesteuert werden – Anwendung für Analytik und optoelektronische Schaltkreise
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In diesem zehn Meter hohen Aufbau mit Vakuumkammer in der Mitte und Detektoren darüber sperrten Physiker ein Bose-Einstein-Kondensat ein, um räumlich weit voneinander getrennte Wellenpakete zu erzeugen.

Quantensuperposition: Direkter Nachweis von Gravitationswellen möglich?

Bose-Einstein-Kondensat aus Rubidiumatomen bildet Grundlage korrelierter Materiewellen in einem bisher unerreicht großem Abstand
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Schematischer Aufbau der quantenkryptografischen Übertragung über miteinander verschränkte Photonen zwischen Sender (Alice) und Empfänger (Bob).

Quantenkryptografie lässt sich doch hacken

Mit einer zusätzlichen Lichtquelle lässt sich – theoretisch wie praktisch – der sicher geglaubte Test für eine nicht abgehörte Datenübertragung unterlaufen
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Quantenpunkte aus einem Kohlenstoff-Nanorährchen (SWNT) mit Kontakten

Quanteninformation - Elektronenspin mit Mikrowellen-Photonen gekoppelt

Neue Methode könnte ein störungsfreies Auslesen von Qubits in Quantencomputern ermöglichen
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Quanten-Spin-Hall-Effekt: Das Schema zeigt die Ausbreitung von Oberflächenwellen (blaue & grüne Pfeile) in Abhängigkeit vom Spin (Kreispfeile) der einfallenden Lichtteilchen

Der Spin kontrolliert Ausbreitung von Lichtwellen entlang Grenzflächen

Quanten-Spin-Hall-Effekt erstmals auch bei Photonen nachgewiesen – Anwendung für optische Schaltkreise vorstellbar
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Optische Datenübertragung: Eine Abstimmung der Signale mit einem Frequenzkamm reduziert den störenden Einfluss nichtlinearer Effekt auf die Signalqualität.

Am Limit: Wie Glasfaser mehr Daten leiten können

Kohärente Abstimmung der datentragenden Lichtpulse erhöhen die Signalqualität auch ohne Verstärker
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Paarbildung von Elektronen: Komplexe Diagramme zeigen die elektrische Leitfähigkeit in tiefgekühlten Supraleitern. Die rautenförmigen Strukturen weisen auf eine Paarbildung der Elektronen hin.

Elektronen-Paarung auch ohne Supraleitung

Quantenstruktur aus Strontiumtitanat zeigt ungewöhnliches Verhalten der negativen Ladungsträger
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Ein Neutron besteht aus zwei down-Quarks und einem up-Quark. Gluonen zwischen den Quarks sorgen für Stabilität.

Warum Neutronen schwerer sind als Protonen

Neue Computer-Simulation führen zu einer genaueren Berechnung des Massenunterschieds der Kernteilchen
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Zwei optische Atomuhren im japanischen RIKEN-Labor: Tiefgekühlte Strontiumatome geben den Zeittakt vor.

Optische Atomuhr tickt 16 Milliarden Jahre lang auf die Sekunde genau

Tiefgekühlte Strontiumatome geben den Takt für derzeit genaueste Zeitmesser vor – Physiker gewinnen zunehmend Kontrolle über Fehlerquellen
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Aufgeheizter Aluminium-Nanodraht unter dem Mikroskop: Auf der linken Seite (grüner Bereich) herrscht Raumtemperatur, rechts ist der Draht etwa 200 Grad heiß (Bildcollage).

Thermometer für die Nanowelt

Elektronenschwingungen ermöglichen Temperaturmessung mit extrem hoher Ortsauflösung – Methode soll die Kühlung heißer Computerchips verbessern helfen
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Wettrennen der Photonen: Auch in Luft lassen sich Lichtteilchen (linker Strahl) abbremsen

Gebremstes Licht

Nicht nur in Gläsern und Kristallen, auch in Luft lässt sich die Lichtgeschwindigkeit verringern
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Maser-Prototyp: Auf diesem Chip befinden sich zwei Quantenpunkte aus Indiumarsenid, in denen tunnelnde Elektroden zu einer Verstärkung von Mikrowellen führen.

Maser aus künstlichen Molekülen emittiert gebündelte Mikrowellen

Einzelne Elektronen tunneln durch Halbleiter-Quantenpunkte und ermöglichen eine vielfache Verstärkung der elektromagnetischen Strahlung
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Der CMS-Detektor (Compact Muon Solenoid) am CERN

Bremsklotz aus Urknall-Materie

Extrem heiße und dichte Materie bremst verschieden schwere Teilchen gleichermaßen - Widerspruch zu theoretischen Modellen
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Die quantenmechanischen Wellenzustände sorgen für eine extrem effiziente und schnelle Umwandlung des Sonnenlichts in chemische Energie.

Quanteneffekt lässt Pflanzen wachsen

Quantenphysikalische Überlagerung bewirkt hohe Effizienz bei der Photosynthese – möglicherweise in Zukunft auch bei Solarzellen
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Grafik einer

Atomuhren im globalen Quantentakt

Physiker schlagen ein Konzept für eine globale Weltuhr vor. Quantenmechanisch gekoppelte Atomuhren an Bord von Satelliten könnten bisher genaueste Zeitpulse liefern.
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