Am 14. Januar 2025 machten Physiker des Massachusetts Institute of Technology (MIT) eine bahnbrechende Entdeckung, indem sie die Quanten-Geometrie von Elektronen in Festkörpern maßen.
Während Forscher seit langem in der Lage sind, die Energien und Geschwindigkeiten von Elektronen in kristallinen Materialien zu bestimmen, waren die geometrischen Aspekte dieser quantenmechanischen Systeme bisher theoretisch oder sogar nicht messbar. Diese neue Arbeit, veröffentlicht in Nature Physics, könnte unser Verständnis und unsere Manipulation der quantenmechanischen Eigenschaften von Materialien verbessern, so Riccardo Comin, außerordentlicher Professor am MIT und Leiter der Studie.
Comin erklärte: "Wir haben einen Plan entwickelt, um völlig neue Informationen zu erhalten, die zuvor nicht zugänglich waren." Die Auswirkungen dieser Forschung gehen über die spezifischen untersuchten Materialien hinaus, wie Mingu Kang, der Hauptautor und jetzt Postdoktorand an der Cornell University, bemerkte.
In der Quantenphysik können Elektronen als Punkte im Raum oder als wellenartige Formen dargestellt werden. Der Kern dieser Forschung dreht sich um die Wellenfunktion, die als Oberfläche im dreidimensionalen Raum visualisiert werden kann. Die Studie unterscheidet zwischen einfachen Wellenfunktionen, ähnlich einer Kugel, und komplexen, die an einen Möbius-Streifen erinnern.
Die Fähigkeit, die Quanten-Geometrie von Wellenfunktionen zu messen, wird zunehmend wichtig, da immer mehr Quantenmaterialien entdeckt werden, die potenzielle Anwendungen in der Quantencomputing- und fortgeschrittenen Elektronik bieten. Das MIT-Team nutzte die winkelaufgelöste Photoemissionsspektroskopie (ARPES), um diese Herausforderung zu meistern, und baute auf ihren früheren Arbeiten auf, die die einzigartigen Eigenschaften eines als Kagome-Metall bekannten Quantenmaterials aufdeckten.
Kang betonte, dass diese neue Fähigkeit das Ergebnis einer engen Zusammenarbeit zwischen Theoretikern und Experimentalisten ist, was einen bedeutenden Fortschritt in der Quantenforschung darstellt.