ETH-News

Forschende der ETH Zürich haben in einem künstlichen Festkörper topologische Effekte studiert und dabei überraschende Beobachtungen gemacht. Die neuen Erkenntnisse zum topologischen Pumpen könnten in Zukunft für Quantentechnologien genutzt werden.

Forschenden der ETH Zürich ist es gelungen, Ionen mittels statischen elektrischen und magnetischen Feldern einzufangen und an ihnen Quantenoperationen durchzuführen. In Zukunft könnten mit solchen Fallen Quantencomputer mit deutlich mehr Quantenbits als bisher realisiert werden.

Forschende der Empa und der ETH Zürich haben Verfahren entwickelt, mit denen sie aus Perowskit-Quantenpunkten schnellere und effizientere Strahler machen und so ihre Helligkeit deutlich verbessern können. Dies ist sowohl für Anwendungen in Bildschirmen als auch in Quantentechnologien relevant.

Forschende von der ETH Zürich, Empa und Stanford haben Schnappschüsse der Kristallstruktur von Perovskit-Nanokristallen gemacht, während sie von angeregten Elektronen verformt wurde. Überraschend bog die Verformung die schiefe Kristallstruktur gerade, anstatt sie ungeordneter zu machen.

ETH-Forschende haben in einem künstlich hergestellten Material eine neue Art von Magnetismus nachgewiesen. Das Material wird dadurch ferromagnetisch, dass Elektronen ihre Bewegungsenergie minimieren.

Forschende der ETH Zürich haben einen neuen Angriff auf AMD-Computerchips gefunden, bei dem der Angreifer eine «Idee» in den Computer einpflanzt, ohne dass dieser es merkt. Mit diesem Angriff war es möglich, Daten von einer beliebigen Stelle des Computerspeichers abzugreifen.

ETH-Forschende haben mit Hilfe eines ungewöhnlich platzierten Halbleitermaterials eine Antenne für winzige Lichtquellen auf einem Chip geschaffen. In Zukunft könnten auf diese Weise effiziente Nano-LEDs und -Laser hergestellt werden.

Forschende der ETH Zürich haben die bislang schwerste Schrödinger-Katze hergestellt, indem sie ein Kristall in eine Überlagerung von zwei Schwingungszuständen versetzten. Ihre Ergebnisse könnten zu robusteren Quanten-Bits führen und zu erklären helfen, warum wir im Alltag keine Quanten-Überlagerungen beobachten.

ETH-Forschenden gelingt es, mit extrem kurzen und starken Röntgenpulsen dreidimensionale Bilder von einzelnen Nanoteilchen zu machen. Damit könnten künftig sogar 3D-Filme von dynamischen Prozessen auf der Nanoskala gemacht werden.

ETH-Forschende haben eine Methode entwickelt um mehrere Nanopartikel gleichzeitig auf Temperaturen von nur wenigen Tausendstel Grad über dem absoluten Nullpunkt abzukühlen. Mit dieser neuen Methode können Quanteneffekte mehrerer Nanopartikel studiert und hochempfindliche Sensoren gebaut werden.

Forschende an der ETH Zürich haben eine Methode entwickelt, mit der nur wenige Attosekunden dauernde Elektronenbewegungen in Wasser-Clustern zeitlich aufgelöst werden können. Die Technik kann sowohl zur genaueren Erforschung von Wasser als auch für schnellere Elektronik benutzt werden.

Forschenden der ETH Zürich ist es erstmals gelungen, Exzitonen – also Quasiteilchen aus negativ geladenen Elektronen und positiv geladenen Fehlstellen – in einem Halbleitermaterial mit steuerbaren elektrischen Feldern einzufangen. Die neue Technik ist sowohl für die Herstellung von Einzelphotonen-Quellen als auch für die Grundlagenforschung wichtig.

Forschende der ETH Zürich haben einen neuen Algorithmus entwickelt, der es ihnen erlaubt, die Dynamik physikalischer Systeme aus Beobachtungen zu modellieren. In Zukunft könnte er auf das Entstehen von Turbulenz und Kipppunkte im Klima angewandt werden.

Forschende der ETH Zürich haben schwerwiegende Schwachstellen in DRAM-Datenspeichern entdeckt, die in Computern, Tablets und Smartphones benutzt werden. Die Schwachstellen sind nun gemeinsam mit dem Nationalen Zentrum für Cybersicherheit veröffentlicht worden, das dafür zum ersten Mal eine Identifikationsnummer vergeben hat.  

An der ETH Zürich haben Forschende einen neuen Materiezustand beobachtet: In gegeneinander verdrehten Graphenschichten verbünden sich zwei elektrische Leiter zu einem Isolator.

ETH-Forschenden ist es gelungen, Nanokristalle aus zwei verschiedenen Metallen mittels eines Amalgamierungs-Prozesses herzustellen, bei dem ein flüssiges Metall ein festes durchdringt. Diese neue und überraschend intuitive Technik macht es möglich, eine grosse Bandbreite an intermetallischen Nanokristallen mit massgeschneiderten Eigenschaften für verschiedenste Anwendungen zu produzieren.

Forschende der ETH Zürich haben ein hundert Nanometer grosses Kügelchen mit Laserlicht gefangen und seine Bewegung bis auf den niedrigsten quantenmechanischen Zustand abgebremst. Damit lassen sich Quanteneffekte an makroskopischen Objekten untersuchen und extrem empfindliche Sensoren bauen. 

Forschenden der ETH Zürich ist die Beobachtung eines Kristalls gelungen, der nur aus Elektronen besteht. Solche Wigner-Kristalle wurden bereits vor fast neunzig Jahren vorhergesagt, konnten aber erst jetzt direkt in einem Halbleitermaterial beobachtet werden.

ETH-Forschenden ist es gelungen, speziell präparierte Graphenscheiben durch Anlegen einer elektrischen Spannung wahlweise isolierend oder supraleitend zu machen. Dies funktioniert sogar lokal, so dass in der selben Graphenscheibe Regionen mit völlig verschiedenen physikalischen Eigenschaften nebeneinander erzeugt werden können.

Ein internationales Forschungsteam unter Leitung der ETH Zürich hat aus Messungen von radioaktivem Kohlenstoff in Baumringen die Sonnenaktivität bis ins Jahr 969 rekonstruiert. Die Ergebnisse helfen der Forschung, die Sonnendynamik besser zu verstehen und erlauben eine genauere Datierung organischer Materialien mit der C14-Methode.

ETH-Forschende haben eine neue Technik zur Ausführung empfindlicher Quantenoperationen mit Atomen demonstriert. Dabei wird das Kontroll-Laserlicht direkt in einem Chip transportiert. So sollte es möglich werden, grössere Quantencomputer zu bauen, die mit eingefangenen Atomen arbeiten.

ETH-Forschenden gelang es, mit Mikrokügelchen aus ungeordneten Nanokristallen ein effizientes Material zur breitbandigen Frequenzverdopplung von Licht herzustellen. Die entscheidende Idee dazu entstand in einer Kaffeepause. Der neue Ansatz könnte künftig in Lasern und anderen Lichttechnologien zum Einsatz kommen.

Forschende der ETH Zürich haben Kügelchen aus Polymer-Gelen dazu gebracht, in einem Zwei-Schritt-Verfahren von alleine komplexe Muster zu bilden. Damit könnten Oberflächen mit massgeschneiderten optischen und mechanischen Eigenschaften realisiert werden.  

ETH-Forschende haben die erste theoretische Erklärung dafür geliefert, wie elektrischer Strom in Halbleitern aus Nanokristallen geleitet wird. Dadurch könnten in Zukunft neue Sensoren, Laser oder LEDs für Bildschirme entwickelt werden.

Forschende der ETH Zürich haben ein Verfahren zur Herstellung von gewellten Oberflächen mit Nanometer-Präzision entwickelt. Damit können in Zukunft zum Beispiel optische Bauteile, die zur Datenübertragung im Internet verwendet werden, noch leistungsfähiger und kompakter werden.

Daten werden in Computern normalerweise in getrennten Modulen gespeichert und verarbeitet. Forscher der ETH Zürich und des PSI haben nun eine Methode entwickelt, mit der logische Operationen direkt in einem Speicherelement ausgeführt werden können.

Forschende der ETH Zürich und der Empa haben gezeigt, dass man aus Silizium kleinste Objekte herstellen kann, die deutlich fester und verformbarer sind als bisher gedacht. Dadurch können etwa Sensoren in Handys kleiner und robuster werden.

In einem Material aus zwei leicht gegeneinander verdrehten, dünnen Kristallschichten haben ETH-Forschende das Verhalten von stark wechselwirkenden Elektronen untersucht. Dabei fanden sie einige verblüffende Eigenschaften

ETH-Physiker haben die mit fünf Metern bisher längste Mikrowellen-Quantenverbindung demonstriert. Sie eignet sich sowohl für zukünftige Quantencomputer-Netzwerke als auch für Experimente der quantenphysikalischen Grundlagenforschung.

ETH-Forscher haben den zeitlichen Ablauf einzelner Schreibvorgänge in einem neuartigen magnetischen Datenspeicher mit einer Auflösung von weniger als 100 Pikosekunden gemessen. Ihre Resultate sind von Bedeutung für die nächste Generation von Arbeitsspeichern, die auf Magnetismus beruhen.

Zwei Arbeitsgruppen der ETH Zürich haben gemeinsam einen neuartigen Lichtdetektor entwickelt. Er besteht aus zweidimensional geschichteten Materialien, die an einen Silizium-Lichtwellenleiter gekoppelt sind. In Zukunft lassen sich mit diesem Ansatz auch Leuchtdioden und Lichtmodulatoren herstellen.

Physiker der ETH Zürich haben einen überraschenden Dreh in einem Quantensystem beobachtet, der durch das Wechselspiel zwischen Energiezerstreuung und kohärenter Quantendynamik entsteht. Um ihn zu erklären, fanden sie eine anschauliche Analogie aus der Mechanik.

Lichtstrahlen schnell zu schalten, ist in vielen technischen Anwendungen wichtig. ETH-Forschende haben jetzt einen «elektrooptomechanischen» Schalter für Lichtstrahlen entwickelt, der deutlich kleiner und schneller ist als heutige Modelle. Bedeutsam ist das für selbstfahrende Autos und optische Quantentechnologien.

Ein Team aus Physikern und Informatikern der ETH Zürich hat einen neuen Zugang zum Problem der dunklen Materie und dunklen Energie im Universum entwickelt. Mit Hilfsmitteln des maschinellen Lernens programmierten sie Computer so, dass diese sich selbst beibrachten, relevante Informationen aus Himmelskarten zu gewinnen.  

Der 3D-Druck ist ein zunehmend wichtiges Instrument in der Fertigung. Forschende der ETH haben nun ein neues 3D-Druckverfahren entwickelt, mit dem Objekte auf der Mikrometerskala aus mehreren Metallen und mit hoher räumlicher Auflösung hergestellt werden können.

In der Quantenphysik ist das Vakuum nicht leer, sondern durchdrungen von winzigen Fluktuationen des elektromagnetischen Felds. Diese Vakuum-Fluktuationen direkt zu untersuchen war bislang unmöglich. Forschende der ETH Zürich haben nun eine Methode entwickelt, mit der sie die Fluktuationen genau charakterisieren können.

Um mehr Signale zu übertragen, als Übertragungskanäle verfügbar sind, kommen in der Informationstechnik Multiplexverfahren zum Einsatz. Forscher der ETH Zürich haben jetzt ein neues Verfahren erfunden, bei dem Informationen im korrelierten Rauschen zwischen räumlich getrennten Lichtwellen kodiert werden.

An gefangenen Kalziumionen haben ETH-Forscher eine neue Methode demonstriert, mit der man Quantencomputer immun gegen Fehler machen könnte. Dazu stellten sie einen periodischen Schwingungszustand eines Ions her, bei dem die üblichen Limits bezüglich der Messgenauigkeit umgangen werden.

Lichtteilchen «spüren» einander normalerweise nicht, da zwischen ihnen keine Wechselwirkung besteht. ETH-Forschern ist es nun gelungen, Photonen in einem Halbleitermaterial so zu beeinflussen, dass sie einander dennoch abstossen.

ETH-Forscher haben einen Modulator entwickelt, mit dem durch Millimeterwellen übertragene Daten direkt in Lichtpulse für Glasfasern umgewandelt werden können. Dadurch könnte die Überbrückung der «letzten Meile» bis zum heimischen Internetanschluss deutlich schneller und billiger werden.

In Paolo Ermannis Labor an der ETH Zürich werden die Verbundmaterialien der Zukunft entwickelt. Durch die Optimierung der Kernelemente von Sandwichstrukturen erschaffen die Forscher Werkstoffe, die extrem leicht, robust und anpassbar zugleich sind – und daher ideal für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt.

Komplexe Strukturen perfekt umzukehren ist technisch sehr wichtig. ETH-Forschern ist es nun gelungen, die magnetische und elektrische Struktur von Materialien mit einem einzigen magnetischen Feldpuls umzudrehen.

Um Qubits für Quantencomputer weniger störanfällig zu machen, benutzt man vorzugsweise den Spin zum Beispiel eines Elektrons. ETH-Forscher haben nun eine Methode entwickelt, mit der ein solches Spin-Qubit stark an Mikrowellen-Photonen gekoppelt werden kann.

ETH-Forscher haben Nanopartikel dazu gebracht, sich eine Milliarde Mal pro Sekunde um die eigene Achse zu drehen. Von den Messungen an den rotierenden Teilchen erhoffen sich die Forscher unter anderem neue Erkenntnisse über das Verhalten von Materialien bei extremen Belastungen.

Beim photoelektrischen Effekt löst ein Photon ein Elektron aus einem Material heraus. ETH-Forscherinnen haben nun mit Attosekunden-Laserpulsen den zeitlichen Ablauf dieses Effekts in Molekülen gemessen. Aus ihren Ergebnissen können sie auf den genauen Ort der Photoionisation schliessen.

In den neuen Quanten-Informationstechnologien müssen empfindliche Quantenzustände zwischen entfernten Quanten-Bits übertragen werden. ETH-Forschern ist es nun gelungen, eine solche Quanten-Übertragung zwischen zwei Festkörper-Qubits auf Kommando zu realisieren.

Batterielebensdauer ist ein wichtiger Faktor in am Körper tragbaren Geräten. Sie sollten immer empfangsbereit für Kontrollsignale sein, ohne viel Energie zu verbrauchen. Forscher an der ETH Zürich haben nun einen leistungslosen Empfänger für Touch-Kommunikation entwickelt, der seine Energie direkt aus dem Signal erhält.

Ein von ETH-Physikern geleitetes internationales Forschungsteam hat mithilfe von maschinellem Lernen einem Computer beigebracht, die Ergebnisse von Quanten-Experimenten vorherzusagen. Die Resultate könnten für das Testen zukünftiger Quantencomputer wichtig werden.

In unserer alltäglichen Erfahrung hat der Raum drei Dimensionen. Vor kurzem konnte jedoch in Experimenten ein physikalisches Phänomen beobachtet werden, das nur in vier Raumdimensionen vorkommt. Die theoretischen Grundlagen dazu hat ein ETH-Forscher entwickelt.

Wenn Symmetrien in Quantensystemen spontan gebrochen werden, ändern sich die kollektiven Anregungsmoden auf charakteristische Weise. ETH-Forscher haben nun erstmals solche Goldstone- und Higgs-Moden direkt beobachtet.

Rastertunnelmikroskope können einzelne Atome eines Materials sichtbar machen. Forscher der ETH Zürich haben nun mit einem solchen Mikroskop auch deren Magnetisierung gemessen. Die neue Technologie könnte sowohl in der magnetischen Bildgebung als auch in der magnetischen Informationsverarbeitung Anwendung finden.

Forscher der ETH Zürich haben ein Miniaturgerät entwickelt, das laserähnliche Strahlen aus elektromagnetischen Wellen erzeugen kann, die als Oberflächenplasmonen bezeichnet werden. Diese können viel stärker gebündelt werden als Licht, was sie für Anwendungen in Sensoren nützlich macht.

Granulare Systeme wie Geröll oder Pulver sind allgegenwärtig, aber nicht leicht zu untersuchen. Jetzt haben Forscher der ETH Zürich eine Methode entwickelt, mit der man zehntausendmal schneller als bisher Bilder aus dem Inneren von granularen Systemen aufnehmen kann.

Magnetische Datenspeicher galten bislang als zu langsam für die Herstellung von Computer-Arbeitsspeichern. ETH-Forscher haben nun ein Verfahren untersucht, mit dem das magnetische Schreiben von Daten deutlich schneller und energiesparender möglich ist.

Empfindliche Sensoren müssen weitgehend von Umwelteinflüssen abgeschirmt sein. Forschende an der ETH Zürich haben nun gezeigt, wie man elektrische Ladung von einem Nanokügelchen, mit dem kleinste Kräfte gemessen werden können, entfernt und ihm hinzufügt.

Genaue Messungen der Frequenzen schwacher elektrischer oder magnetischer Felder sind in vielen Anwendungen wichtig. Forscher an der ETH Zürich haben ein Verfahren entwickelt, bei dem ein Quantensensor die Frequenz eines oszillierenden Magnetfelds mit bislang unerreichter Genauigkeit misst.

Mit Hilfe sogenannter Doppel-Frequenzkämme lassen sich Umweltgase schnell und präzise spektroskopisch untersuchen. ETH-Forschende haben nun eine Methode entwickelt, mit der solche Frequenzkämme wesentlich einfacher und billiger als bisher erzeugt werden können.

Lichtteilchen reagieren normalerweise nicht auf Magnetfelder. ETH-Forscher haben jetzt gezeigt, wie man Photonen dennoch mit elektrischen und magnetischen Feldern beeinflussen kann. In Zukunft könnten mit dieser Methode starke künstliche Magnetfelder für Photonen erzeugt werden.

Die Fähigkeit, Temperaturänderungen wahrzunehmen, ist eine wichtige Funktion der menschlichen Haut. Forschende an der ETH Zürich haben jetzt einen hochempfindlichen und zugleich flexiblen Temperatursensor entwickelt, der demnächst in Prothesen und Roboterarmen Verwendung finden könnte.

Elektronen in Festkörpern können sich zu sogenannten Quasiteilchen zusammentun, die neue Phänomene hervorbringen. ETH-Physiker haben nun bislang nicht identifizierte Quasiteilchen in einer neuen Klasse von Festkörpern untersucht, die aus nur einer atomaren Schicht bestehen. Mit ihren Ergebnissen korrigieren die Forscher eine bisher vorherrschende Fehlinterpretation.  

Quantenmechanisch mögliche Energiezustände seiner Elektronen entscheiden darüber, ob ein Festkörper ein Isolator ist oder als Metall elektrischen Strom leitet. ETH-Forscher haben nun theoretisch ein neuartiges Material vorhergesagt, das eine noch nie beobachtete Besonderheit dieser Energiezustände aufweisen soll.

Elektronische Bauteile werden seit Jahren immer schneller und machen damit leistungsfähige Computer und andere Technologien möglich. Wie schnell sich Elektronen mit elektrischen Feldern letztendlich kontrollieren lassen, haben jetzt Forscher an der ETH Zürich untersucht. Ihre Erkenntnisse sind wichtig für die Petahertz-Elektronik der Zukunft.

Quantenzustände von Atomen oder Molekülen genau zu kontrollieren, ist seit Jahren ein Traum von Physikern. ETH-Forscher haben jetzt einen Rekord für die Herstellung hoch angeregter Quantenzustände massiver Teilchen aufgestellt. Ihre Technik könnte dazu dienen, Quantencomputer schneller zu machen.

Bei Phasenübergängen, etwa zwischen Wasser und Wasserdampf, konkurriert die Bewegungsenergie mit der Anziehungsenergie unmittelbar benachbarter Moleküle. Physiker der ETH Zürich haben jetzt Quanten-Phasenübergänge studiert, bei denen auch weit entfernte Teilchen einander beeinflussen.

Verschränkungszustände weit entfernter Quantenobjekte sind ein wichtiger Baustein zukünftiger Informationstechnologien. ETH-Forscher haben nun ein Verfahren entwickelt, mit dem sich solche Zustände tausendmal schneller als bisher erzeugen lassen.

ETH-Forschende untersuchten die Eigenschaften eines Metalls und stiessen dabei auf ein neues Teilchen. Es ist verwandt mit sogenannten Weyl-Fermionen, die der Mathematiker Hermann Weyl vor fast neunzig Jahren voraussagte. Das neue Teilchen hatte Weyl seinerzeit übersehen, und es könnte für zukünftige Anwendungen in der Elektronik interessant sein.

Resonatoren sind ein wichtiges Werkzeug in der Physik. Mit Hilfe von Hohlspiegeln bündeln sie normalerweise Lichtwellen, die dann beispielsweise auf Atome einwirken. Physikern an der ETH Zürich ist es nun gelungen, einen Resonator für Elektronen zu bauen und die damit erzeugten Stehwellen auf ein künstliches Atom zu richten.

Zur schnellen Übertragung von grossen Datenmengen über Glasfaserkabel, wie sie das Internet erfordert, braucht man leistungsfähige Modulatoren, die elektrische Signale in optische umwandeln. ETH-Forscher haben einen Modulator entwickelt, der hundert Mal kleiner ist als handelsübliche Modelle.

Dass der Weg von der abstrakten Theorie zur handfesten Anwendung nicht immer weit sein muss, zeigten Sebastian Huber und Kollegen. Ihre mechanische Umsetzung eines quantenmechanischen Phänomens könnte schon bald in der Schallisolierung zum Einsatz kommen.

ETH-Professor Jonathan Home und seine Mitarbeiter griffen tief in die Trickkiste und kreierten sogenannte «gequetschte Schrödinger-Katzen». Diese Quantensysteme könnten für zukünftige Technologien äusserst nützlich sein.