Tageslicht lässt unsere Asphaltstraßen altern

Presseaussendung der TU Wien vom 15.12.2021

Eine Überraschung in der Straßenbau-Forschung: Entgegen bisheriger Annahmen trägt sichtbares Licht deutlich zur Alterung von Bitumen bei, was letztlich den Asphalt zerstören kann.

Die Haltbarkeit von Asphalt hängt ganz entscheidend vom Bitumen ab – dem schwarzen Bindemittel, das die Steinchen im Asphalt zusammenhält. Wenn das Bitumen in der Straße altert, kann es seine Eigenschaften verändern und spröde werden, wodurch letztendlich der Asphalt Risse bildet. An der TU Wien forscht man im 2020 eingerichteten „Christian-Doppler-Labor für Chemo-Mechanische Analyse von bituminösen Materialien“ daran, diese Prozesse besser zu verstehen und Asphalt langlebiger zu machen.

Durch Zufall stieß Johannes Mirwald (Institut für Verkehrswissenschaften der TU Wien) dort nun auf einen überraschenden Effekt: Anders als bisher gedacht kann sichtbares Licht im blauen und grünen Bereich das Bitumen verstärkt altern lassen – und zwar innerhalb kürzester Zeit. Diese lichtbedingte Veränderung im Bitumen wurde nun an der TU Wien genau untersucht, bei künftigen Forschungen und Lebensdauer-Abschätzungen muss jedenfalls auch die Sonneneinstrahlung mitberücksichtigt werden.

Zufallsentdeckung im Labor

„Das Forschungsprojekt begann mit einigen merkwürdigen Beobachtungen, die sich zunächst niemand erklären konnte“, erzählt Prof. Bernhard Hofko vom Institut für Verkehrswissenschaften der TU Wien. „Bei uns im Labor lagen Bitumen-Proben in Glasbehältern herum – und bei näheren Untersuchungen stellen wir fest, dass sich ihre Oberfläche nach sehr kurzer Zeit verändert hatte.“

Solche Veränderungen hätte man vielleicht bei hohen Temperaturen erwartet – nicht aber bei Zimmertemperatur im Labor. Auch intensive UV-Strahlung käme als Erklärung für solche Veränderungen in Betracht, doch das Glas sollte eigentlich einen Großteil der UV-Strahlung absorbieren und nur den sichtbaren Anteil des Sonnenlichts durchlassen. „Wir beschlossen also, uns diese merkwürdige Sache mit Spezialmikroskopen näher anzusehen“, sagt Bernhard Hofko.

Bitumen-Proben wurden ganz gezielt beleuchtet, mit unterschiedlichen genau definierten Lichtfarben – vom langwelligen Rot bis in den kurzwelligeren UV-Bereich. „Bisher nahm man an, dass das hochenergetische UV-Licht den stärksten Einfluss auf die Alterung von Bitumen hat. Von sichtbarem Licht erwartete man keinen nennenswerten Effekt“, sagt Johannes Mirwald. Doch die Messungen zeigten deutlich: Bei allen untersuchten Lichtwellenlängen waren bereits nach 15-20 Minuten Veränderungen der Bitumen-Oberfläche nachzuweisen. Der stärkste Effekt tritt zwar tatsächlich im UV-Bereich auf, doch die Auswirkungen von sichtbarem Licht sind ähnlich drastisch – mit einem zusätzlichen Maximum im Wellenlängenbereich von blauem und grünem Licht. Berücksichtig man nun die Lichtbedingung auf der Erdoberfläche und den Einfluss der Atmosphäre, wodurch UV-Licht deutlich stärker abgeschwächt wird als blaues oder grünes Licht, zeigt sich, dass blaues Licht die meiste Alterung auf den Straßenoberflächen verursacht.

Oxidation führt zu Rissen

Das Licht beschleunigt die Oxidation des Materials – und wenn Bitumen oxidiert, verändern sich seine mechanischen Eigenschaften. Es wird steifer und damit auch rissanfälliger. „Die Oxidation unter Einwirkung von Licht findet zunächst nur in den obersten Schichten des Materials statt – in den äußersten Mikrometern der Bitumen-Probe“, sagt Johannes Mirwald. „Doch das ist bloß die Initialzündung für einen weitreichenden Effekt: Kleine Risse sorgen dafür, dass Sauerstoff tiefer in das Material eindringen kann, im Inneren des Materials entstehen Spannungen, die Risse werden tiefer und schließlich kann das zu einer nachhaltigen Schädigung des Asphalts führen.“

Bisher wurden Alterungsexperimente mit Bitumen hauptsächlich im Dunkeln durchgeführt – das wird sich nun ändern. „Unsere Messungen zeigen: Wenn man die Haltbarkeit von Asphalt vorhersagen möchte, dann muss man jedenfalls auch die Sonneneinstrahlung berücksichtigen“, sagt Bernhard Hofko. Wo die Sonneneinstrahlung besonders hoch ist, hat man es außerdem meist auch mit hohen Temperaturen zu tun, das verstärkt den Effekt zusätzlich.

„Es ist ein absolut verblüffendes Ergebnis, mit dem niemand gerechnet hatte – so etwas passiert in der Forschung nicht oft“, sagt Bernhard Hofko. Für die Wissenschaft vom Straßenbau wird diese neue Erkenntnis jedenfalls wichtige Änderungen mit sich bringen. (Florian Aigner)

Originalpublikation:
J. Mirwald et al., Impact of UV–Vis light on the oxidation of bitumen in correlation to solar spectral irradiance data, Construction and Building Materials 316, 17 (2021).

Externer Link: www.tuwien.at

Wenn die Zeit vorwärts und zugleich rückwärts fließt

Pressemeldung der Universität Wien vom 26.11.2021

Zeitumkehr in der Quantenmechanik: Systeme können sich simultan in zwei – auch entgegengesetzte – Richtungen entwickeln

Ein Team von Physiker*innen der Universität Wien und der Österreichischen Akademie der Wissenschaften gemeinsam mit Wissenschafter*innen aus Bristol und von den Balearen hat gezeigt, wie sich Quantensysteme gleichzeitig entlang zweier entgegengesetzter Zeitpfeile (vorwärts und rückwärts in der Zeit) entwickeln können. Die Studie wurde in der neuesten Ausgabe der Zeitschrift Communications Physics veröffentlicht.

Vorwärts und rückwärts fließende Zeitflüsse

Bei der Betrachtung von Himmelsbewegungen entsteht oft ein Gefühl der Ewigkeit, das uns zu der Frage verleiten könnte, ob die Zeit wirklich existiert. Blicken wir hingegen auf unser tägliches Leben, werden alle Zweifel ausgeräumt: Die Zeit existiert und bewegt sich vorwärts. Diese scheinbare Gewissheit ergibt sich aus der Tatsache, dass die meisten makroskopischen physikalischen Phänomene immer nur in einer Richtung ablaufen können. Nehmen wir zum Beispiel die Abfolge unserer morgendlichen Routine: Würde man uns zeigen, wie unsere Zahnpasta von der Zahnbürste zurück in die Tube wandert, wüssten wir zweifelsfrei, dass man uns gerade eine Aufzeichnung unseres Tages im Rücklauf zeigt. In der Physik ist diese Neigung bestimmter Phänomene, sich nur in eine Richtung zu entwickeln, mit der Erzeugung von „Entropie“ verbunden, einer physikalischen Größe, die den Grad der Unordnung in einem System definiert. In der Natur neigen Prozesse dazu, sich spontan von Zuständen mit weniger Unordnung zu Zuständen mit mehr Unordnung zu entwickeln, und diese Tendenz kann zur Identifizierung eines Zeitpfeils verwendet werden. Wenn also ein Phänomen eine große Menge an Entropie erzeugt, ist die Beobachtung seiner zeitlichen Umkehrung so unwahrscheinlich, dass sie praktisch unmöglich ist. Wenn die erzeugte Entropie jedoch klein genug ist, besteht eine nicht zu vernachlässigende Wahrscheinlichkeit, dass die Zeitumkehr eines Phänomens auf natürliche Weise erfolgt. Denken wir an das Beispiel mit der Zahnpasta zurück: Wenn wir die Tube nur leicht zusammendrücken und nur ein sehr kleiner Teil der Zahnpasta herauskommt, wäre es gar nicht so unwahrscheinlich, dass diese durch die Dekompression der Tube wieder in diese zurück gesaugt wird. Wird die Tube hingegen stärker zusammengedrückt, breitet sich die Zahnpasta unumkehrbar aus, so dass man sich sehr viel mehr anstrengen muss, um die gesamte Zahnpasta wieder in die Tube zu bekommen.

Die Grenze zwischen „vorwärts“ und „rückwärts“ verschwimmt in der Quantenmechanik

Ein Team von Physiker*innen der Universität Wien und des Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften unter Leitung von Časlav Brukner sowie Kolleg*innen aus Bristol und den Balearen hat diese Idee auf den Quantenbereich angewandt. Die Forschenden versuchten, dadurch ein tieferes Verständnis dafür zu erlangen, wie Zeit in diesem Regime fließt. Eine der Besonderheiten der Quantenwelt ist das Prinzip der Quantensuperposition, das besagt, dass, wenn zwei Zustände eines Quantensystems möglich sind, dieses System auch in beiden Zuständen zugleich sein kann. Blickt man auf das System zurück, das sich in die eine oder andere zeitliche Richtung entwickelt (die Zahnpasta, die aus der Tube kommt oder wieder in die Tube zurückwandert), so folgt daraus, dass sich Quantensysteme auch zugleich in beide zeitliche Richtungen entwickeln können. Obwohl dieser Gedanke in Bezug auf unsere alltägliche Erfahrung eher unsinnig erscheint, beruhen die Gesetze des Universums auf ihrer grundlegendsten Ebene auf quantenmechanischen Prinzipien. Dies wirft die Frage auf, warum wir in der Natur nie auf solche Überlagerungen von Zeitflüssen stoßen. „In unserer Arbeit haben wir die Entropie quantifiziert, die von einem System erzeugt wird, das sich in Quantensuperposition von Prozessen mit entgegengesetzten Zeitpfeilen entwickelt. Wir fanden heraus, dass dies meist dazu führt, dass das System auf eine genau definierte Zeitrichtung projiziert wird, die dem wahrscheinlichsten Prozess der beiden Prozesse entspricht“, erklärt Gonzalo Manzano, ein Mitautor der Studie. Und doch kann man, wenn Entropie nur in geringem Ausmaß im Spiel ist (z. B. wenn so wenig Zahnpasta aus der Tube gedrückt wird, dass man sehen kann, wie sie wieder in die Tube zurückgesaugt wird), physikalisch beobachten, welche Folgen es hat, wenn sich das System gleichzeitig in der Vorwärts- und in der Rückwärtsrichtung der Zeit entwickelt. Wie Giulia Rubino, Hauptautorin der Veröffentlichung, betont, „wird die Zeit zwar oft als kontinuierlich zunehmender Parameter behandelt, doch unsere Studie zeigt, dass die Gesetze, die den Zeitfluss in quantenmechanischen Zusammenhängen regeln, viel komplexer sind. Dies könnte darauf hindeuten, dass wir die Art und Weise, wie wir diese Größe dort darstellen, wo Quantengesetze eine entscheidende Rolle spielen, überdenken müssen.“

Originalpublikation:
Communications Physics, Quantum superposition of thermodynamic evolutions with opposing time’s arrows, G. Rubino, G. Manzano and C. Brukner. Communications Physics (2021).

Externer Link: www.univie.ac.at

Simultankonzept beschleunigt Elektrodenherstellung

Presseinformation des KIT (Karlsruher Institut für Technologie) vom 27.10.2021

Trocknungszeiten deutlich reduziert ohne Kapazitätseinbußen bei der Batterie – Ergebnisse in Energy Technology publiziert

Ein innovatives Konzept für die simultane Beschichtung und Trocknung zweilagiger Elektroden haben Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelt und erfolgreich angewendet. Dadurch gelingt es, Trocknungszeiten auf unter 20 Sekunden zu verkürzen, was gegenüber dem derzeitigen Stand der Technik eine Reduktion auf die Hälfte bis ein Drittel bedeutet – ohne dass es zu Kapazitätseinbußen bei der Batterie kommt. Das Konzept ermöglicht, Lithium-Ionen-Batterien schneller und kostengünstiger zu produzieren. Die Forschenden berichten in der Zeitschrift Energy Technology. (DOI: 10.1002/ente.202100367)

Für die Mobilität der Zukunft haben Elektrofahrzeuge eine zentrale Bedeutung. Die Nachfrage nach leistungsfähigen und kostengünstigen Batterien steigt stetig an. In Batterien auf der Basis von Lithium-Ionen sind die Elektrodenschichten entscheidend, denn diese Aktivmaterialien speichern die Energie. Die Beschichtung und die anschließende Trocknung der Elektroden verursachen allerdings einen großen Teil der Batterieproduktionskosten. Dabei liegt in der Prozess- und Verfahrungstechnik ein hohes Einsparpotenzial. Forschende der Gruppe Thin Film Technology (TFT – Technologie dünner Schichten) des KIT unter Leitung von Professor Wilhelm Schabel und Dr. Philip Scharfer forschen seit Jahren in diesem Bereich. So gelang es den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern bereits, die Beschichtungsgeschwindigkeit deutlich zu steigern. Zudem startete die TFT ein innovatives Trocknungsmanagement. Nun hat die Gruppe damit neue Ergebnisse erzielt: Die Kopplung der Prozessschritte Beschichtung und Trocknung führte zu einem Simultankonzept. In der Zeitschrift Energy Technology stellt die TFT die Ergebnisse vor. Jana Kumberg, Doktorandin am KIT, war bei der Publikation federführend. Die Gruppe TFT entwickelt ihre Technologien zur Elektrodenherstellung in CELEST – Center for Electrochemical Energy Storage Ulm & Karlsruhe, einer der größten Batterieforschungsplattformen weltweit.

Kostengünstigere Produktion ermöglicht

„Unsere Arbeit zeigt, dass wir im Prinzip alle Prozessschritte beherrschen, um Batterien künftig schneller und damit kostengünstiger zu produzieren, ohne dass die Qualität darunter leidet“, erklärt Schabel. Bei der üblichen Elektrodentrocknungszeit von bis zu einer Minute sind bei Produktionsgeschwindigkeiten von 100 Metern pro Minute (m/min) und mehr lange Trocknerstrecken erforderlich. Dies ist bei Elektroden mit hohem Auftragsgewicht technisch kaum realisierbar und zunehmend teuer. Nach dem neuen Konzept werden für die einzelnen Schichten verschiedene Aktivmaterialien eingesetzt und simultan appliziert. Eine Schicht ist für die Adhäsion verantwortlich, eine für die spezifische Kapazität. Diese Schichtstruktur erlaubt eine Herstellung bei ausgesprochen hoher Trocknungsrate und auf ein Drittel reduzierten Trocknungszeiten.

Eigenschaften gezielt in den Elektrodenlagen verteilt

Trotz der reduzierten Trocknungszeit kommt es nicht zu Einbußen bei der Kapazität und damit der Reichweite der Batterie, auch nicht bei sogenannten 3C-Zyklen, das heißt Schnellladezeiten von 20 Minuten. In ihrer Studie brachten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verschiedene Aktivmaterialien in den Lagen einer Anode über die Dicke verteilt auf, sodass sich die unterschiedlichen Eigenschaften gezielt in den Elektrodenlagen verteilten. Die Elektroden lassen sich dadurch maßschneidern und weisen verbesserte mechanische sowie elektrochemische Eigenschaften auf. „Wir haben erste vielversprechende Ergebnisse erzielt“, sagt Schabel. „Nun gilt es, weiter an der industriellen Verwirklichung zu forschen.“ Derzeit arbeitet die Gruppe an verschiedenen Möglichkeiten, um das Simultankonzept auf den industriellen Maßstab zu übertragen. Dazu testet sie die rein konvektive Trocknung mit Hochleistungsdüsen sowie Lasertrocknungsmodule.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert die Untersuchungen im Rahmen verschiedener Forschungsclusterprojekte mit über fünf Millionen Euro. „Unsere Forschungen zeigen, dass es in Zukunft grundsätzlich möglich sein könnte, das Tempo der Batterieproduktion um 200 bis 300 Prozent zu steigern“, erklärt Schabel. Die Ergebnisse werden derzeit auch auf andere Materialien übertragen und auch zur Optimierung von Elektroden für Natrium-Ionen Batterien im Rahmen der Forschung im Exzellenzcluster POLiS – Post Lithium Storage eingesetzt. (or)

Originalpublikation:
Jana Kumberg, Werner Bauer, Joyce Schmatz, Ralf Diehm, Max Tönsmann, Marcus Müller, Kevin Ly, Philip Scharfer, and Wilhelm Schabel: Reduced Drying Time of Anodes for Lithium-Ion Batteries through Simultaneous Multilayer Coating. Energy Technology, 2021. DOI: 10.1002/ente.202100367 (Open Access)

Externer Link: www.kit.edu

Mit niedriger elektrischer Spannung gegen Corona-Viren

Pressemitteilung der Universität Kassel vom 14.09.2021

Um Corona-Viren unschädlich zu machen, wird bisher hauptsächlich an biochemischen Verfahren gearbeitet. Ein Forschungsteam der Universität Kassel konnte in einem physikalischen Modell beweisen, dass elektrische Felder das spezifische Spike-Protein der Viren inaktivieren. Nun sollen die Erkenntnisse in die Praxis umgesetzt und Verfahren entwickelt werden, die zum Beispiel in Luftfilteranlagen Anwendung finden.

Für das Corona-Virus ist das sogenannte Spike-Protein auf seiner Außenhülle essentiell, damit es eine Zelle befallen kann. Denn dieses Protein bindet spezifisch an einen Rezeptor namens ACE2 auf der Oberfläche menschlicher Zellen. Das Virus kann dann mit der Zellmembran verschmelzen, sein Erbgut ins Zellinnere entlassen und sich weiter vermehren. Deshalb ist das Spike-Protein Angriffspunkt für Therapien und Impfungen. Ein Forschungsteam um Prof. Dr. Martin Garcia der Universität Kassel hat einen neuen Ansatz für eine rein physikalische Methode entwickelt, um das Virus unschädlich zu machen. „Unsere Computersimulationen zeigen, dass das Spike-Protein sehr anfällig für elektrische Felder moderater Stärke ist, die mit Hilfe einer einfachen Batterie erzeugt werden können. Dabei ist es sogar mehr als tausend Mal empfindlicher als andere Proteine“, erläutert Prof. Garcia.

Die Theorie: Strukturveränderungen durch elektrische Impulse

Denn die Bindung zwischen dem Spike-Protein und dem ACE2-Rezeptor ist sehr spezifisch und abhängig von der detaillierten Struktur der beiden Proteine. Ein kleiner Teil des Spike-Proteins, die Rezeptor-Bindungs-Domäne, passt zum ACE-Rezeptor wie ein Schlüssel zum Schloss. „Moderate bis schwache elektrische Impulse zwingen das Spike-Protein dazu, seine Struktur auf atomarer Ebene zu ändern, und das dauerhaft. Dann kann die Rezeptor-Bindungs-Domäne nicht mehr an den ACE2-Rezeptor der menschlichen Zelle andocken“, beschreibt Prof. Garcia. In Computersimulationen konnte diese Veränderung nicht nur für den Wildtyp des Virus vorhergesagt werden, sondern auch für ansteckendere Varianten wie Alpha (B.1.1.7), Beta (B.1.351) und die Gamma-Variante P.1. „Überraschenderweise macht die Strukturänderung des Spike-Proteins durch die Mutation das Virus zwar ansteckender, aber gleichzeitig erhöht sich dadurch seine Verwundbarkeit durch elektrische Felder“, berichtet Prof. Garcia. Bereits elektrische Felder der Stärke 0.0001 Volt/Nanometer verursachen strukturelle Schäden am Protein. Andere Proteine, auch die von gesunden Zellen, werden dadurch nicht geschädigt, da sie erst auf viel höhere Feldstärken mit Strukturänderungen reagieren.

Von der Theorie in die Praxis

Die im Modell beschriebene Inaktivierung von Corona-Viren mithilfe von elektrischen Feldern könnte auch in der Praxis als rein physikalische Methode zur Inaktivierung der Viren Anwendung finden. So könnte sie in Zukunft zum Beispiel eine neue Klasse von Luftfilteranlagen ermöglichen. Hierfür kann die bestehende Infrastruktur der Luftfilteranlagen genutzt werden. Die sogenannten HEPA-Filter müssten lediglich durch eine mikrostrukturierte, an Niederspannung angeschlossene Anordnung von Elektroden ersetzt werden, die die Corona-Viren inaktivieren. Die gefilterte Luft enthält dann nur noch unschädliche Viren und kann wieder in den Raum zugeführt werden. Vorteile gegenüber herkömmlichen HEPA-Filtern wären u.a. ein geringerer Energieverbrauch und eine viel längere Nutzungsdauer. Die Universität Kassel hat bereits ein Patent für eine technologische Anwendung ihrer theoretisch entwickelten Methode angemeldet.

Diese Arbeit der Arbeitsgruppe von Prof. Garcia wurde teilweise von der Universität Kassel durch das Projekt PhosMOrg finanziert.

Externer Link: www.uni-kassel.de

Suprasolid in eine neue Dimension

Medieninformation der Universität Innsbruck vom 18.08.2021

Quantenmaterie kann gleichzeitig fest und flüssig, also suprasolid sein. Forscher um Francesca Ferlaino haben diese faszinierende Eigenschaft nun erstmals entlang zweier Dimensionen eines ultrakalten Quantengases erzeugt. Sie berichten darüber in der Fachzeitschrift Nature. Das Experiment bietet vielfältige Möglichkeiten zur weiteren Untersuchung dieses außergewöhnlichen Materiezustands.

Quantengase eignen sich sehr gut, um Eigenschaften der Materie im Detail zu untersuchen. Wissenschaftler können heute im Labor einzelne Teilchen in extrem stark gekühlten Gaswolken exakt kontrollieren und auf diese Weise Effekte sichtbar machen, die in der Alltagswelt nicht beobachtet werden können. So sind die einzelnen Atome in einem Bose-Einstein-Kondensat vollständig delokalisiert. Das bedeutet, dass das gleiche Atom zu jedem Zeitpunkt an jedem Punkt innerhalb des Kondensats vorhanden ist. Vor zwei Jahren ist es der Forschungsgruppe um Francesca Ferlaino vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck und dem Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Innsbruck gelungen, in ultrakalten Quantengasen aus magnetischen Atomen erstmals suprasolide Zustände zu erzeugen. Die magnetische Wechselwirkung bringt die Atome dazu, sich selbst zu Tröpfchen zu organisieren und in einem regelmäßigen Muster anzuordnen. „Normalerweise würde man denken, dass jedes Atom in einem bestimmten Tröpfchen zu finden ist, ohne Möglichkeit den Ort zu tauschen“, sagt Matthew Norcia aus dem Team von Francesca Ferlaino. „Im suprasoliden Zustand ist jedoch jedes Teilchen über alle Tröpfchen hinweg delokalisiert, existiert also gleichzeitig in jedem Tröpfchen. Im Grunde hat man also ein System mit einer Reihe von Regionen hoher Dichte (die Tröpfchen), die sich alle die gleichen delokalisierten Atome teilen.“ Diese bizarre Formation ermöglicht Effekte wie das reibungsfreie Strömen trotz der Existenz einer räumlichen Ordnung (Suprafluidität).

Neue Dimensionen fördern neue Phänomene zutage

Bisher wurden suprasolide Zustände in Quantengasen immer nur als Aneinanderreihung von Tröpfchen (entlang einer Dimension) beobachtet. „In Kooperation mit den beiden Theoretikern Luis Santos von der Uni Hannover und Russell Bisset in Innsbruck haben wir nun dieses Phänomen auf zwei Dimensionen erweitert, wodurch Systeme mit zwei oder mehr Reihen von Tröpfchen entstehen“, erläutert Matthew Norcia. Dies ist nicht nur ein quantitativer Unterschied, sondern erweitert auch die Forschungsperspektiven entscheidend. In einem zweidimensionalen suprasoliden System kann man zum Beispiel untersuchen, wie sich in der Öffnung zwischen mehrerer beieinanderliegenden Tröpfchen Wirbel bilden. „Diese in der Theorie beschriebenen Wirbel sind bisher noch nicht nachgewiesen worden, stellen aber eine wichtige Folge von Suprafluidität dar“, blickt Francesca Ferlaino bereits in die Zukunft. Das nun in der Fachzeitschrift Nature präsentierte Experiment schafft neue Möglichkeiten, die grundlegende Physik dieses faszinierenden Materiezustands weiter zu untersuchen.

Neues Forschungsfeld Suprafestkörper

Vor 50 Jahren vorhergesagt, wurde bisher versucht, Suprasolidität mit seinen überraschenden Eigenschaften in supraflüssigem Helium nachzuweisen. Nach jahrzehntelanger theoretischer und experimenteller Forschung fehlte jedoch noch ein eindeutiger Nachweis von Suprasolidität in diesem System. Vor zwei Jahren war es Forschungsgruppen in Pisa, Stuttgart und Innsbruck unabhängig voneinander erstmals gelungen, mit ultrakalten Quantengasen aus magnetischen Atomen sogenannte Suprafestkörper zu erzeugen. Grundlage für das neue, wachsende Forschungsfeld der Suprafestkörper ist die starke Polarität magnetischer Atome, deren Wechselwirkungseigenschaften die Erzeugung dieses paradoxen quantenmechanischen Materiezustandes im Labor ermöglicht.

Die Forschungen wurden unter anderem vom österreichischen Wissenschaftsfonds FWF, dem Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft und Forschung und der Europäischen Union finanziell gefördert.

Originalpublikation:
Two-dimensional supersolidity in a dipolar quantum gas. Matthew A. Norcia, Claudia Politi, Lauritz Klaus, Elena Poli, Maximilian Sohmen, Manfred J. Mark, Russell Bisset, Luis Santos, and Francesca Ferlaino. Nature 2021

Externer Link: www.uibk.ac.at