Ein perfekter Diamant besteht aus reinem Kohlenstoff – allerdings ist es möglich, dass an bestimmten Stellen ein Kohlenstoffatom fehlt und dafür ein Stickstoffatom eingebaut ist. Solche Defekte in Diamantkristallen wurden in den letzten Jahren intensiv auf ihre Eignung als Quantenbits und Quantenspeicher untersucht. Der Forschungsgruppe von Johannes Majer am Atominstitut der TU Wien ist es nun gelungen, diese Defekte für ganz andere Untersuchungen zu nutzen, nämlich für das Studium nichtlinearer Dynamik.

„Nichtlineare Systeme, bei denen der Output nicht direkt proportional zum Input ist, zeigen viele interessante und wichtige Phänomene“, sagt Johannes Majer. „Wir können das untersuchen, indem wir elektromagnetische Wellen eines supraleitenden Resonators an eine Ensemble von Diamant-Defekten koppeln.“ Die nichtlineare Dynamik dieses gekoppelten Systems sorgt dafür, dass es zwei stabile Zustände annehmen kann – man spricht von Bistabilität.

Interessant ist die Frage, wie rasch sich das System an die möglichen stabilen Zustände annähren kann: In theoretischen Berechnungen war vorausgesagt worden, dass sich die Dynamik des Systems beim Annähern an die Bistabilität extrem verlangsamt. Es ist gelungen, diese Verlangsamung zu untersuchen - dabei wurden ultralange Zeiten bis zu einer Stunde gemessen. Solche extrem langen Relaxationszeiten sind ungewöhnlich, bei Quantensystemen hat man es meist mit viel kürzeren Zeitskalen zu tun.

Diese Resultate wurden jetzt in der neuen Open Access Zeitschrift Science Advances  publiziert. Unterstützt wurde das experimentelle Team von Forschungsgruppen aus Japan aus Japan (NTT Basic Research Laboratories und National Institute of Informatics) und vom Institute für Theoretische Physik der TU Wien. Entstanden ist die Arbeit im Rahmen des Doktorandenkolleges Solids4Fun.

Originalpublikation:
Andreas Angerer, Stefan Putz, Dmitry O. Krimer, Thomas Astner, Matthias Zens, Ralph Glattauer, Kirill Streltsov, William J. Munro, Kae Nemoto, Stefan Rotter, Jörg Schmiedmayer, and Johannes Majer, <link http: advances.sciencemag.org content e1701626>Ultralong relaxation times in bistable hybrid quantum systems, Science Advances 3,  (2017)

Rückfragehinweis:
Dr. Johannes Majer
Atominstitut
Technische Universität Wien
Stadionalle 2, 1020 Wien
T: +43-1-58801-141838
<link>johannes.majer@tuwien.ac.at