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23. September 2017

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Naturkonstanten genauer als bisher messen

Naturkonstanten genauer als bisher messen © Bilderbox.com

An der TU Wien konnte der quantisierte magnetoelektrische Effekt erstmals in topologischen Isolatoren nachgewiesen werden. Das soll neue hochpräzise Messmethoden ermöglichen.

Eine Lichtwelle, die man durch den leeren Raum schickt, schwingt immer in derselben Richtung. Allerdings gibt es Materialien, mit denen man die Richtung des Lichts drehen kann, wenn sie sich in einem Magnetfeld befinden. Man bezeichnet das als „magnetooptischen Effekt“. Eine Variante dieses Effekts, über die schon seit längerer Zeit spekuliert worden war, konnte nun an der TU Wien erstmals nachgewiesen werden. Spezielle Materialien – sogenannte „topologische Isolatoren“ – drehen die Richtung der Lichtwelle nicht kontinuierlich, sondern in Quantensprüngen, in wohldefinierten Portionen. Präsentiert wurden die neuen Ergebnisse nun im Fachjournal „Nature Communications“.

Topologische Isolatoren
„Wir beschäftigen uns schon seit längerer Zeit mit Materialien, die in der Lage sind, die Schwingungsrichtung von Licht zu drehen“, erzählt Prof. Andrei Pimenov vom Institut für Festkörperphysik der TU Wien. Wird Licht durch einen sogenannten topologischen Isolator geschickt, dann wird der Strahl zweimal von der Materialoberfläche gedreht – einmal beim Eintritt in das Material, ein zweites Mal beim Austritt.
Bemerkenswert ist, dass diese Drehung nicht kontinuierlich vor sich geht, sondern in bestimmten Stufen, in Quantensprüngen. Der Abstand dieser Stufen hängt nur von fundamentalen Naturkonstanten ab. Man kann sie etwa mit Hilfe der Feinstrukturkonstante angeben, mit der man die Stärke der elektromagnetischen Wechselwirkung beschreibt. So könnte es möglich werden, Naturkonstanten genauer als bisher zu messen oder sogar neue messtechnische Definitionen für sie einzuführen. Für topologische Materialien gab es bereits einen Nobelpreis – und zwar im Jahr 2016. Die nun vorliegenden Erkenntnisse sollen dazu beitragen, Materialien mit speziellen topologischen Eigenschaften (in diesem Fall topologische Isolatoren) für konkrete technische Anwendungen zu nutzen.

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red/stem, Economy Ausgabe Webartikel, 23.06.2017