Atomkerne im Gleichtakt mit Elektronen

Das Team hatte schon Mitte dieses Jahres eine Methode vorgestellt, wie durch eine periodische Beleuchtung mit einem gepulsten Laser ein großer Teil der verschiedenen Elektronenspins in einem Kristall quasi "synchronisiert" werden kann. Die Synchronität dieser Elektronen wird jedoch durch die Spins der Atomkerne in dem Kristall gestört, die quasi einen "ungeordneten Hintergrund" bilden, mit dem die Elektronen wechselwirken.

Jetzt stellen die Forscher dar, wie dieses Hindernis bei der Benutzung von Spins überwunden werden kann. Elektronen und Kerne können zusammenwirken, sofern man sie durch periodischen Laserbeschuss dazu zwingt. Als Konsequenz davon tragen die Kerne dazu bei, dass nicht nur einige der als Quanten-Bits in Frage kommenden Elektronenspins gleichförmig um das Magnetfeld rotieren, sondern alle. Der Anteil nicht-synchronisierter Elektronen verschwindet und taucht auch nicht mehr auf.

Zur Veranschaulichung des Prinzips greift Prof. Manfred Bayer, Projektleiter, auf das Bild eines Opernballs zurück: "Die Tänzer symbolisieren die Elektronspins, die Tänzerinnen dagegen die Kernspins. Der anregende Laser ist das Orchester, das die Tanzpaare in Rotation versetzt. Dem Orchester gelingt es, eine Anzahl von talentierten Paaren im Takt tanzen zu lassen, die Mehrheit ist jedoch nicht in der Lage sich dem Takt anzupassen. Schuld daran sind die Elektronspins, also die Tänzer aufgrund ihres mangelnden Talents.

Die neuesten Arbeiten zeigen, dass die Kernspins, also die Tänzerinnen sich mit diesem Mangel an Talent nicht abfinden, sondern versuchen, den Tänzer den Takt beizubringen. Physikalisch geschieht dies durch einen so genannten Spinflipflop-Prozess zwischen Elektron und Kern. In der Analogie kann das so veranschaulicht werden, dass jede Tänzerin zu einem Zeitpunkt, an dem sie die Geduld verliert, dem "taktlosen" Tänzer eine Ohrfeige gibt, manchmal sind auch zwei oder drei davon nötig. Die so getroffenen Tänzer zeigen sich jedoch lernfähig und drehen sich dann im Takt, und noch wichtiger, verlassen ihn auch nicht wieder.“

COMPAMED.de; Quelle: Universität Dortmund