Quantentechnologie

Zur Herstellung von Margarine werden jedes Jahr Millionen Tonnen ungesättigter Fettsäuren aus Pflanzenölen mit Wasserstoff umgesetzt. Auf der Suche nach besseren Katalysatoren für solche als Hydrierung bezeichneten Reaktionen machte ein deutsch-amerikanisches Forscherteam eine Entdeckung, die eine seit mehr als 50 Jahren geltende Regel in Frage stellt: Bei Katalysatorpartikeln aus nur wenigen Atomen beeinflussen Form und Größe die Reaktivität sehr viel stärker als bisher gedacht.

Ein vielen fundamentalen Fragen der Teilchen- und Quantenphysik zugrunde liegendes mathematisches Problem ist nachweislich unlösbar. Den Beweis dafür haben Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM), des University College London (UCL) und der Universidad Complutense in Madrid – ICMAT erbracht. Es ist das erste wichtige Problem der Physik, für das eine so grundlegende Einschränkung gilt. Die Ergebnisse zeigen, dass sogar eine perfekte und vollständige Beschreibung der mikroskopischen Eigenschaften eines Materials nicht ausreicht, um sein makroskopisches Verhalten vorherzusagen.

Physiker der Technischen Universität München, des Los Alamos National Laboratory und der Universität Stanford (USA) spürten in Halbleiter-Nanostrukturen Mechanismen auf, aufgrund derer gespeicherte Informationen verloren gehen können – und stoppten das Vergessen mit Hilfe eines externen Magnetfeldes. Die neu entwickelten Nanostrukturen bestehen aus gängigen Halbleitermaterialien, kompatibel zu üblichen Herstellungsprozessen.

Kernspintomografiebilder sind ein wichtiges Diagnoseinstrument. Der dabei erzielbare Kontrast hängt davon ab wie gut es gelingt, die den bildgebenden Signalen zugrunde liegenden Kernspins gezielt zu beeinflussen. Mathematisch werden die Eigenschaften von Kernspins durch eine spezielle Matrix beschrieben. Einem Team um Professor Steffen Glaser an der Technischen Universität München (TUM) ist es nun erstmals gelungen, eine allgemeine und intuitive graphische Darstellung der in dieser Matrix enthaltenen Informationen für beliebige Quantenzustände gekoppelter Spins zu entwickeln.

Topologische Isolatoren sind eine außergewöhnliche Materialgruppe. Ihr Inneres wirkt als Isolator, aber die Oberfläche leitet Strom überaus gut. Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) konnten dies jetzt erstmals direkt, mit extrem hoher zeitlicher Auflösung und bei Raumtemperatur messen. Zudem ist es ihnen mit einem polarisierten Laserstrahl gelungen, die Richtung des Stromflusses zu beeinflussen.

Aus Stickstoff-Fehlstellen-Zentren in Diamanten ließen sich wichtige Komponenten eines Quantencomputers bauen. Doch bisher war es nicht möglich, die optisch ins System „geschriebene“ Information elektronisch wieder auszulesen. Mit Hilfe einer Graphenschicht hat ein Wissenschaftlerteam um Professor Alexander Holleitner von 
der Technischen Universität München (TUM) nun eine solche Leseeinheit realisiert.

Kohlenstoff-Nanoröhren eignen sich als Bausteine für Quantencomputer. Eine Studie von Physikern der Technischen Universität München (TUM) belegt, dass Nanoröhren Information in Form mechanischer Schwingungen speichern können. Bisher experimentierten Forscher vor allem mit elektrisch geladenen Teilchen. Für nanomechanische Bausteine spricht, dass sie ungeladen sind und daher wesentlich unempfindlicher gegenüber elektrischen Störungen wären.

Schneller, kleiner und energiesparender sollen die Rechner der Zukunft sein. Dazu müssen die Daten schneller geschrieben und verarbeitet werden. Diesem Ziel sind Physiker der Technischen Universität München (TUM) und der Universität zu Köln nun ein großes Stück näher gekommen. Die Experimentalphysiker der TUM setzten in einem Material ein Gitter aus magnetischen Wirbeln mit einem elektrischen Strom in Bewegung, der fast eine Million Mal schwächer war als in früheren Studien. Beobachtet haben sie die Koppelung zwischen elektrischem Strom und magnetischer Struktur, über die sie jetzt in der Fachzeitschrift Science berichten, mit Messungen an der Forschungs-Neutronenquelle FRM II der TUM.

Physiker der Technischen Universität München (TUM) und der Universität zu Köln haben in der metallischen Verbindung Mangansilizium eine neue Form magnetischer Ordnung entdeckt. Das Gitter aus magnetischen Wirbelfäden, über dessen Existenz seit langem spekuliert wurde, konnte ein Team um den Diplomphysiker Sebastian Mühlbauer und Professor Christian Pfleiderer (beide TUM) mit Neutronen an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) der TUM sichtbar machen. Ihre spektakuläre Entdeckung, die einerseits eine Jahrzehnte alte Frage über die Bausteine des Universums beantwortet und zudem neue Entwicklungen in der magnetischen Datenverarbeitung anstoßen könnte, veröffentlichen sie am 13. Februar 2009 in der renommierten Fachzeitschrift Science.