波恩大学 该系统:由光组成的晶格将原子束缚在几个双层片中
断层图像显示了单层中的(自旋)密度
它们提供了关于原子磁性排序的信息
右边的图像显示了一个层的密度在12个实现上的平均值(橙红色)
荣誉:马塞尔·加尔、尼古拉·伍尔兹等
/自然 它们像头发一样薄，只比头发薄十万倍——所谓的二维材料，由一层原子组成，多年来一直在研究中蓬勃发展
2010年，两位俄英科学家因发现石墨的建筑材料石墨烯而获得诺贝尔物理学奖，这让更多的人知道了它们
这种材料的特殊之处在于，它们具有新颖的特性，这些特性只能借助量子力学定律来解释，而且可能与增强的技术有关
德国波恩大学的研究人员现在已经利用超冷原子对以前未知的量子现象获得了新的见解
他们发现两个耦合的原子薄膜之间的磁序相互竞争
这项研究已经发表在《自然》杂志上
量子系统实现了源自纳米结构世界的非常独特的物质状态
它们促进了广泛的新技术应用，例如
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为安全数据加密做出贡献，引入越来越小、越来越快的技术设备，甚至推动量子计算机的发展
将来，这种计算机可以解决传统计算机根本无法解决的问题，或者只能在很长一段时间内解决
不寻常的量子现象是如何产生的，还远未被完全理解
为了阐明这一点，一个由教授领导的物理学家小组
波恩大学量子计算卓越集群物质与光中心的迈克尔·科勒正在使用所谓的量子模拟器，模拟几个量子粒子的相互作用——这是传统方法无法做到的
即使是最先进的计算机模型也无法计算复杂的过程，如磁和电，直到最后的细节
超冷原子模拟固体 科学家使用的模拟器由超冷原子组成——超冷是因为它们的温度只比绝对零度高百万分之一度
使用激光和磁场来冷却原子
原子位于光学晶格中，即
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叠加激光束形成的驻波
这样，原子模拟了固态电子的行为
实验装置允许科学家在没有外部修改的情况下进行各种各样的实验
该系统:由光组成的晶格将原子束缚在几个双层片中
断层图像显示了单层中的(自旋)密度
它们提供了关于原子磁性排序的信息
右边的图像显示了一个层的密度在12个实现上的平均值(橙红色)
荣誉:马塞尔·加尔、尼古拉·伍尔兹等
/自然 在量子模拟器中，科学家们第一次成功地测量了一个晶格的两个耦合层的磁关联
“通过这种耦合的强度，我们能够将磁性形成的方向旋转90度，而不会以任何其他方式改变材料，”第一作者尼古拉·伍尔兹和马塞尔·加尔(Michael Khl的研究小组的博士生)解释说
为了研究原子在光学晶格中的分布，物理学家使用高分辨率显微镜来测量单个晶格层之间的磁关联
就这样，他们调查了磁序，我
e
模拟固态中原子磁矩的相互排列
他们观察到，层与层之间的磁性顺序与单层内的原始顺序相竞争，得出结论，层之间耦合越强，层与层之间形成的关联就越强
同时，单个层内的相关性降低
新的结果使得在微观水平上更好地理解磁在耦合层系统中的传播成为可能
在未来，这些发现将有助于预测材料的性质，并实现固体的新功能，等等
例如，由于高温超导性与磁耦合密切相关，从长远来看，新的发现可能有助于基于这种超导体的新技术的发展
量子计算卓越集群的物质和光 量子计算的物质和光(ML4Q)卓越集群是由科隆大学、亚琛大学和波恩大学以及弗松森特勒姆·尤里奇大学合作的研究机构
它是德国联邦和州政府卓越战略的一部分
ML4Q的目标是利用量子力学的原理开发新的计算和网络架构
ML4Q建立并扩展了三个关键研究领域的互补专业知识:固态物理、量子光学和量子信息科学
卓越集群位于波恩大学的跨学科研究领域“物质的组成部分和基本相互作用”
在六个不同的研究领域，来自不同院系和学科的科学家聚集在一起研究未来相关的研究课题
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