Forschung unter Beteiligung des HZDR Nah am absoluten Temperaturnullpunkt: Dresdner entdecken neuartigen Quantenzustand

Er verhält sich wie Wasser, das nicht gefriert, egal wie kalt es wird – der neue Quantenzustand, den ein internationales Team mit Dresdner Beteiligung entdeckt hat. Daraus könnten hochempfindliche Sensoren entstehen.

Ein Kryostat, mit dem Temperaturen bis hinab zu 20 Millikelvin erreicht werden.
Ein Kryostat, mit dem Temperaturen bis hinab zu 20 Millikelvin erreicht werden - also fast am absoluten Temperaturnullpunkt. Bildrechte: HZDR/Jürgen Jeibmann

Die Forschenden unter anderem vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) und vom Dresdner Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme (MPI-PKS) kühlten dazu ein spezielles Material bis nahe an den absoluten Temperaturnullpunkt (minus 273,15 Grad Celsius). Dabei bemerkten sie, dass die Ausrichtung der Atome nicht wie üblich "einfror", sondern "flüssig" blieb – ein erstmals beobachteter Quantenzustand.

Die Experten nutzten dafür ein besonderes Material: eine Verbindung aus den Elementen Praseodym, Zirkonium und Sauerstoff. In einem Kryostaten, einer Art Super-Thermoskanne, wurde das Material nach und nach bis auf 20 Millikelvin abgekühlt, also gerade mal ein fünfzigstel Grad oberhalb des absoluten Temperaturnullpunkts. Dabei ordneten sich die Atome nicht an, sondern blieben in ihrem flüssigen Zustand. Weitere Untersuchungen im Magnetfeld bestätigten diese Beobachtung.

Dresden weit vorn bei Quantenforschung

Die Beobachtung der Dresdner könnte künftig auch zu praktikablen Anwendungen führen. "Womöglich lässt sich der neue Quantenzustand irgendwann nutzen, um hochempfindliche Quantensensoren zu entwickeln", erklärt Prof. Jochen Wosnitza vom Hochfeld-Magnetlabor Dresden am HZDR. "Dazu müssten wir allerdings noch herausfinden, wie sich gezielt Anregungen in diesem Zustand erzeugen lassen."

Die Quantentechnologie gilt als großes Zukunftsversprechen. In Dresden-Rossendorf wird seit Längerem intensiv an ihr geforscht, unter anderem am neuen Superlabor HIBEF. Zudem haben Wissenschaftler am HZDR schon mit Photonen "geschossen", um die Quantenverschlüsselung besser erforschen zu können. Denn so könnten in Zukunft Hackerangriffe besser abgewehrt werden, was wiederum am Fraunhofer Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik in Jena (IOF) genauer untersucht wird.

cdi/pm

Quantenkommunikation 3 min
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Dieses Thema im Programm: MDR AKTUELL | 03. Dezember 2022 | 15:15 Uhr