openPR Recherche & Suche
Presseinformation

Quantum magnets doped with holes

04.08.201710:00 UhrWissenschaft, Forschung, Bildung
Bild: Quantum magnets doped with holes
see
see "Figure description" (Graphic: MPQ, Quantum Many-Body Systems Division)

(openPR) MPQ-scientists reveal hidden magnetic order in one-dimensional quantum crystals doped with holes.

---
Magnetism is a phenomenon that we experience in everyday-life quite often. The property, which is observed in materials such as such as iron, is caused by the alignment of electron spins. Even more interesting effects are expected in case that the magnetic crystals exhibit holes, i.e., lattice sites that are not occupied with an electron. Because of the interplay between the motion of the defect and the magnetic correlations of the electron spins, the magnetic order seems to be suppressed. In general, solid state physicists are not able to separate the two processes, so they cannot answer the question, whether the magnetic order is indeed reduced, or whether it is just hidden.



Now a team of scientists around Dr. Christian Groß from the Quantum Many-Body Systems Division (director Professor Immanuel Bloch) at the Max Planck Institute of Quantum Optics has demonstrated that in one-dimensional quantum magnets the magnetic order is preserved even when they are doped with holes – a direct manifestation of spin-charge (density) separation. The quantum crystals were prepared by chains of ultracold atoms in an optical lattice. The observation was made possible with a unique tool which allows tracking the motion of holes and the spin excitations separately in one measurement process (Science, 4 August 2017). In the next step the scientists plan to extend the method to two-dimensional systems. Here the interaction between holes and magnetic correlations is by far more complex. It could lead to the detection of exotic many-body phases that might be responsible for the occurrence of high-temperature superconductivity.

The Garching team starts with cooling an ensemble of fermionic lithium-6 atoms down to extremely low temperatures, a millionth of a Kelvin above absolute zero. The atoms are then captured in a single plane in a two-dimensional optical lattice that is created by laser beams. The plane in turn is split into about 10 one-dimensional tubes along which the atoms can move. In the last step, the tubes are superimposed with an optical lattice which mimics the periodic potential that electrons see in a real material. In analogy to electrons lithium atoms carry a spin-1/2 (or magnetic moment) which can point either upwards or downwards. In a previous experiment with a similar system the scientists have shown that below a certain temperature the magnetic moments of neighbouring atoms align in opposite directions such that antiferromagnetic correlations emerge.

In the follow up experiment they investigate the influence of holes on the degree of order of the quantum crystal. “We achieve a certain amount of hole doping by making sure that the number of atoms loaded into the optical lattice is smaller than the number of lattice sites,” says Timon Hilker, first author and doctoral candidate at the experiment. “Now the questions arise, whether the holes are fixed or whether they can move, and how they affect the magnetic order of the system.”

We are all familiar with the following situation: if in a theatre a seat in the middle of a row remains empty, a move goes through the crowd: one by one, the members of the audience move up – in other words: the hole migrates. Something similar can be observed in the synthetic quantum crystal with the help of the quantum gas microscope which images the precise position of each single atom or defect on their respective lattice sites. “However, much in contrast to the empty chair in the theatre, the holes in the quantum crystal are delocalized. Their location is determined the very moment they are being measured,” Timon Hilker emphasizes.

At first view the fluctuations of the atoms in the optical lattice hide the antiferromagnetic correlations. But the team of Christian Groß is able to have a closer look, because they have developed a method to spatially separate atoms with different spin orientations. To this end, the optical lattice is superimposed with a superlattice such that a double well is created on each lattice site. In combination with a magnetic gradient this results in a potential which is dependent on the spin-orientation. The big challenge of this method is to adjust optical lattice and superlattice with a precision of a few nanometres, i.e., a fraction of the laser wavelength.

“In our system we can detect simultaneously holes as well as both spin states ,” Dr. Christian Groß, leader of the project, points out. “We can directly investigate the environment of each hole. We observe, that the order is generally preserved, i.e., that the spins of the left and the right neighbour atoms are anti-aligned. Because the images display every spin and every hole, we are able to, as to speak, ‘take the holes out’ in our evaluation. Such non-local measurements are experimental new territory and open new perspectives for the study of exotic phases of matter.”

Now the scientists plan to apply this method to two-dimensional quantum crystals that are doped with holes. This would be a new approach to simulate two-dimensional holes-doped systems of correlated electrons. Experiments of that kind could lead to a better understanding of the so-called high-temperature superconductivity which was detected 30 years ago. The name describes the effect that in certain compounds with layers containing copper the electrical resistance vanishes already above the boiling temperature of liquid nitrogen. The interplay between defects and antiferromagnetic correlations is believed to play an important role in this puzzling phenomenon. Olivia Meyer-Streng

Figure description:
Image of a chain of atoms taken with the quantum gas microscope. It demonstrates that atoms with different spin orientations are spatially separated. If the spin points downwards (green), the atom is located in the lower part of the double well structure of the lattice site, whereas it is in the upper part, if the spin points upwards (red). In addition, the holes can be detected directly.

Original publication:
Timon Hilker, Guillaume Salomon, Fabian Grusdt, Ahmed Omran, Martin Boll, Eugene Demler, Immanuel Bloch, and Christian Gross
Revealing Hidden Antiferromagnetic Correlations in Doped Hubbard Chains via String Correlators
Science, 4 August 2017, DOI:10.1126/science.aam8990

Contact:

Prof. Dr. Immanuel Bloch
Chair of Quantum Optics, LMU München
Schellingstr. 4, 80799 Munich, and
Director at the Max Planck Institute of Quantum Optics
Hans-Kopfermann-Str. 1
85748 Garching, Germany
Phone: +49 (0)89 / 32 905 -138
E-mail: E-Mail

Dr. Christian Groß
Max Planck Institute of Quantum Optics
Hans-Kopfermann-Str. 1
85748 Garching, Germany
Phone: +49 (0)89 / 32 905 - 713
E-mail: E-Mail

Timon Hilker
Max Planck Institute of Quantum Optics
Hans-Kopfermann-Str. 1
85748 Garching, Germany
Phone: +49 (0)89 / 32 905 - 229
E-mail: E-Mail

Dr. Olivia Meyer-Streng
Press & Public Relations
Max Planck Institute of Quantum Optics, Garching, Germany
Phone: +49 (0)89 / 32 905 -213
E-mail: E-Mail

Quelle: idw

Diese Pressemeldung wurde auf openPR veröffentlicht.

Verantwortlich für diese Pressemeldung:

News-ID: 962147
 506

Kostenlose Online PR für alle

Jetzt Ihren Pressetext mit einem Klick auf openPR veröffentlichen

Jetzt gratis starten

Pressebericht „Quantum magnets doped with holes“ bearbeiten oder mit dem "Super-PR-Sparpaket" stark hervorheben, zielgerichtet an Journalisten & Top50 Online-Portale verbreiten:

PM löschen PM ändern
Disclaimer: Für den obigen Pressetext inkl. etwaiger Bilder/ Videos ist ausschließlich der im Text angegebene Kontakt verantwortlich. Der Webseitenanbieter distanziert sich ausdrücklich von den Inhalten Dritter und macht sich diese nicht zu eigen. Wenn Sie die obigen Informationen redaktionell nutzen möchten, so wenden Sie sich bitte an den obigen Pressekontakt. Bei einer Veröffentlichung bitten wir um ein Belegexemplar oder Quellenennung der URL.

Pressemitteilungen KOSTENLOS veröffentlichen und verbreiten mit openPR

Stellen Sie Ihre Medienmitteilung jetzt hier ein!

Jetzt gratis starten

Weitere Mitteilungen von Max-Planck-Institut für Quantenoptik

Bild: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale TeleportationBild: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation
Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation
Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite Teleportation von Quanteninformation ermöglichen. --- Bei der Erforschung von Quantenspeichern zur Realisierung globaler Quantennetzwerke ist Forschern der Abteilung Quantendynamik von Prof. Gerhard Rempe am Max-Planck-Institut für Quantenoptik ein wesentlicher Durchbruch gelungen: auf einem einzelnen, in einem optischen Resonator gefangenen Atom konnten sie ein photonisches Quantenbit ü…
Bild: Dr. Alejandro González Tudela erhält den NJP Early Career AwardBild: Dr. Alejandro González Tudela erhält den NJP Early Career Award
Dr. Alejandro González Tudela erhält den NJP Early Career Award
Das Editorial Board des New Journal of Physics, die Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG) und das Institute of Physics (IOP) haben Dr. Alejandro González-Tudela, einem jungen Wissenschaftler in der Abteilung Theorie von Prof. Ignacio Cirac am Max-Planck-Institut für Quantenoptik, den „Early Career Award 2017“ verliehen. --- Das Preiskomitee wählte ihn aus 33 Kandidaten aus auf der Grundlage der Vielfalt seiner Forschungsthemen, seiner beeindruckenden Publikationsliste, der Unterschiedlichkeit der von ihm initiierten Koopera-tionen sowie …

Das könnte Sie auch interessieren:

Bild: Kältepower von Axima Refrigeration auf der ISH 2009Bild: Kältepower von Axima Refrigeration auf der ISH 2009
Kältepower von Axima Refrigeration auf der ISH 2009
GDF Suez-Tochter stellt neue Generation der Quantum Kältemaschinen vor Lindau/Frankfurt, 27. Januar 2009 – Der Industriekältespezialist Axima Refrigeration präsentiert auf der ISH 2009 in Frankfurt vom 10. bis 14. März 2009 erstmals die neue Generation seiner Quantum Kaltwassersätze. Aufgrund der Verfügbarkeit weiterer ölfreier Verdichtertypen mit Kälteleistungen …
Durchbruch innerhalb von zehn Jahren möglich: Knacken Quantencomputer bald Bitcoin?
Durchbruch innerhalb von zehn Jahren möglich: Knacken Quantencomputer bald Bitcoin?
Hamburg / Brighton – Das englische Startup Universal Quantum hat in einer Studie ermittelt, wie viele Qubits an Rechenkapazität nötig wären, um die Verschlüsselungsverfahren hinter Bitcoin und RSA auszuhebeln. Bitcoin in 24 Stunden knackbarIn der Studie, an der Forschende der University of Sussex gemeinsam mit Universal Quantum und dem niederländischen …
Bettcher erweitert die Quantum® Trimmer Serie
Bettcher erweitert die Quantum® Trimmer Serie
… des US-amerikanischen Familienunternehmens Bettcher Industries, ist auf hochwertige, profitable Trimmer für die Fleisch-, Geflügel- und Fischindustrie spezialisiert. Nach der erfolgreichen Einführung des Quantum 1000, wird die Quantum-Serie jetzt mit um den Quantum 850 und den 880 erweitert. Die innovativen Rundmesser zeichnen sich durch ein komplett …
Bild: High-speed Quantum Memory for PhotonsBild: High-speed Quantum Memory for Photons
High-speed Quantum Memory for Photons
Physicists from the University of Basel have developed a memory that can store photons. These quantum particles travel at the speed of light and are thus suitable for high-speed data transfer. The researchers were able to store them in an atomic vapor and read them out again later without altering their quantum mechanical properties too much. This memory …
Axima Refrigeration startet Partnerprogramm für Planer und Planungsbüros
Axima Refrigeration startet Partnerprogramm für Planer und Planungsbüros
Umfangreiches Schulungsprogramm, Zertifizierungsmaßnahmen und Infomaterialien des Kältespezialisten garantieren detailliertes Fachwissen über Kältemaschine Quantum Generation Quantum - das Partnerprogramm für Planer von Axima Refrigeration Lindau, 06.02.2008 - Axima Refrigeration startet ein neues Partnerprogramm für Planer und Planungsbüros. Unter dem …
Bild: Angelshop Zesox baut Markenvielfalt weiter ausBild: Angelshop Zesox baut Markenvielfalt weiter aus
Angelshop Zesox baut Markenvielfalt weiter aus
Der Angelshop Zesox freut sich über die neue Zusammenarbeit mit Quantum Specialist. Damit wird das ohnehin reiche Markenangebot des Onlineshops weiter ausgebaut. Durch die neue Zusammenarbeit gibt es erweitert sich das Produktsortiment im Angelshop Zesox erheblich. Unter anderem sind dort demnächst vertreten der Quantum Specialist Freddy Shad, der schon …
Bild: Bettcher erweitert die Quantum® Trimmer SerieBild: Bettcher erweitert die Quantum® Trimmer Serie
Bettcher erweitert die Quantum® Trimmer Serie
… des USamerikanischen Familienunternehmens Bettcher Industries, ist auf hochwertige, profitable Trimmer fur die Fleisch-, Geflugel- und Fischindustrie spezialisiert. Nach der erfolgreichen Einfuhrung des Quantum 1000, wird die Quantum-Serie jetzt mit um den Quantum 850 und den 880 erweitert. Die innovativen Rundmesser zeichnen sich durch ein komplett …
Bild: Quantum Rush Online ab sofort auf SteamBild: Quantum Rush Online ab sofort auf Steam
Quantum Rush Online ab sofort auf Steam
Quantum Rush Online ab sofort auf Steam! Der Berliner Entwickler von Quantum Rush Online hat heute bekannt gegeben, dass der Future Racer seit 28.07 auch über Steam spielbar ist! Nun kann es richtig losgehen für alle Racerfans! Das Free2Play-Spiel Quantum Rush Online ist auf Steam http://store.steampowered.com/app/304890/ erschienen! Für Spieler haben …
Axima Refrigeration erweitert ihre neue Kältemaschinen-Generation um den luftgekühlten Quantum Air
Axima Refrigeration erweitert ihre neue Kältemaschinen-Generation um den luftgekühlten Quantum Air
… Rückkühlwerken Lindau, 06. März 2008 – Axima Refrigeration, Spezialist für industrielle Kühl- und Kältetechnik, bietet neben seinen bewährten wassergekühlten Kältemaschinen der Baureihe Quantum nun auch eine luftgekühlte Variante für die Außenaufstellung. Der luftgekühlte Quantum Air funktioniert unabhängig von externen Rückkühlwerken und kann überall …
Bild: Nanomagnets Levitate Thanks to Quantum PhysicsBild: Nanomagnets Levitate Thanks to Quantum Physics
Nanomagnets Levitate Thanks to Quantum Physics
Quantum physicists in Oriol Romero-Isart’s research group in Innsbruck show in two current publications that, despite Earnshaw’s theorem, nanomagnets can be stably levitated in an external static magnetic field owing to quantum mechanical principles. The quantum angular momentum of electrons, which also causes magnetism, is accountable for this mechanism. --- Already …
Sie lesen gerade: Quantum magnets doped with holes