Topologie in getriebenen Systemen

Realisierung von neuartigen, zeitabhängigen topologischen Phasen mit ultrakalten Atomen

Einem internationalen Forschungsteam von der Ludwig-Maximilians Universität (LMU), dem Max-Planck-Insitut für Quantenoptik (MPQ), sowie der University of Cambridge, der TU Berlin und der Université Libre de Bruxelles ist die Realisierung eines neuartigen, topologischen Systems mit einem ultrakalten Quantengas in einem hexagonalen optischen Gitter gelungen.

Synthetische Quantensysteme ermöglichen die Realisierung topologischer Phasen durch periodische Modulation. Periodisch getriebene Quantensysteme besitzen weitreichende, interessante Eigenschaften, die nicht in statischen Konfigurationen auftreten können. Diese können durch Windungszahlen beschrieben werden, welche nun erstmalig mit Hilfe von ultrakalten Atomen experimentell bestimmt wurden.

Aufgrund ihrer besonderen elektronischen Eigenschaften, die sich oft in exotischen Randzuständen manifestieren, sind topologische Phasen ein wichtiges Thema aktueller Forschung. Die Randzustände sind robust gegenüber lokalen Störungen, da sie direkt mit den topologischen Invarianten des Systems verknüpft sind. Dies spielt insbesondere für zukünftige technologische Anwendungen eine zentrale Rolle. Synthetische Quantensysteme ermöglichen die kontrollierte Erzeugung und gezielte Untersuchung topologischer Phasen, welche in vielen Fällen mittels zeit-periodischer Modulation simuliert werden können. Im Allgemeinen besitzen periodisch modulierte Quantensysteme jedoch weitreichendere, interessante Eigenschaften, die sich direkt aus ihrer Zeitabhängigkeit ergeben und nicht in statischen Konfigurationen auftreten können. Nun ist es einem Forschungsteam von der LMU gelungen, mit Hilfe von ultrakalten Atomen in periodisch modulierten optischen Gittern solche zeitabhängigen, topologischen Phasen zu erzeugen. Obwohl herkömmliche topologische Invarianten dies ausschließen würden, treten in diesen Systemen robuste Randzustände auf, deren Existenz experimentell nachgewiesen werden konnte. Die Arbeit wurde am 29. Juni 2020 online im Magazin „Nature Physics“ veröffentlicht. Sie wurde unter anderem durch die Max-Planck Gesellschaft und die Deutsche Forschungsgemeinschaft (FOR2414, Exzellenz-Strategie) unterstützt. Die Originalveröffentlichung finden Sie hier: https://www.nature.com/articles/s41567-020-0949-y

Dies ist eine Kurzfassung. Die Originalmeldung (in englischer Sprache) finden Sie auf der Homepage des Exzellenzclusters MCQST unter https://www.mcqst.de/news-and-events/news/driven-topology.html

(Quelle: LMU)

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