Neues Quantenmaterial widerspricht Gesetzen der Physik

Wer sich schon einmal mit Schrödingers Katze befasst hat, wird eine ungefähre Ahnung haben, wie kompliziert Quantenmechanik für Amateure sein kann. Doch für Forscher ist er einer der spannendsten Forschungsbereiche überhaupt.
In Quantenmechanik gelten die einfachen Regeln gewöhnlicher Physik über Schwerkraft und Elektrizität nicht. Umso komplexer, allerdings auch spannender erscheint also die Tatsache, dass Forscher der Rice University in Houston im US-Bundesstaat Texas neues Quantenmaterial gefunden haben — aber welches im Grunde genommen noch gar nicht existiert. Der Grund: Sie haben das Material nicht erschaffen, sondern nur ein theoretisches physikalisches Modell erarbeitet.
Die Forscher, die ihre Ergebnisse in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlichten, erklären, dass das sogenannte »Weyl-Kondo-Semimetall« Eigenschaften anderer Materialien teilt, die merkwürdiges Quantenverhalten an den Tag legen. Merkwürdig heißt in diesem Fall: Ihre Beschaffenheit und ihr elektromagnetisches Verhalten lassen sich nicht mit klassischer Physik erklären.
Doch trotzdem ist Quantenmechanik für unser tägliches Leben wichtig: Wenn etwa Supraleiter auf Temperaturen um den absoluten Nullpunkt gelangen, fällt ihre elektrische Resistenz rapide ab. Auf diese Weise kann sich Strom ausbreiten, ohne dass sich der Supraleiter selbst aufwärmt.
Bereits in den 80er Jahren fanden Wissenschaftler heraus, dass bestimmte Supraleiter Strom bei nahezu keiner Resistenz zu extrem hohen Temperaturen transportieren können, was sie sehr effizient macht. Supraleiter zählen genauso zu Quantenmaterial wie auch das neue Weyl-Kondo-Semimetall, welches die Wissenschaftler entdeckten.
Weyl-Fermionen sind deshalb merkwürdig, weil sie sich masselos verhalten, obwohl sie Masse besitzen. Diese Eigenschaft kommt daher, weil ihre Energie nicht von Masse abhängt, was wiederum bedeutet, dass sie Ähnlichkeit mit Photonen — Lichtteilchen — haben. Genau wie Lichtteilchen haben sie keine Masse, bewegen sich aber trotzdem extrem langsam. Es wird vermutet, dass Supraleiter mithilfe von Weyl-Fermionen elektrischen Strom durch ihr Inneres leiten können. Die Existenz von Weyl-Fermionen konnte bereits 2015 ziemlich sicher nachgewiesen werden und zwar in einem Semimetall namens »Tantalumarsenid«.
Wissenschaftler der Rice University erstellten nun ein Modell einer neuen Art von Quantenmaterial, das durch Weyl-Fermionen gekennzeichnet ist. Der Kondo-Effekt — der unter anderem zum Namen Weyl-Kondo-Semimetall führt — erklärt, dass Elektronen innerhalb eines magnetischen Metalls manchmal verstreut liegen, was auf eine chemische Verunreinigung zurückzuführen ist. Dadurch verändert sich die Fähigkeit des Materials, elektrischen Strömen zu widerstehen. Wie die Wissenschaftler nun vermuten, handelt es sich beim Kondo-Effekt um den Vorläufer der Weyl-Fermionen.
Wem es jetzt noch nicht kompliziert genug ist: Die Wissenschaftler haben nur ein Modell der Weyl-Kondo-Semimetalle erarbeitet — allerdings keine Weyl-Kondo-Semimetalle an sich entdeckt. Genau diese Arbeit liegt nun noch vor ihnen.
Quelle: Jessica Dawid für Business Insider Deutschland
https://terra-mystica.jimdo.com/physik-chemie-technik/neues-quantenmaterial-widerspricht-gesetzen-der-physik/
Foto: Lucas Taylor, CERN

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