Aktualitäten 2022

Zwei scheinbar völlig unterschiedliche Bereiche der Physik hängen auf subtile Art zusammen: Quantentheorie und Thermodynamik. Wie die Chaostheorie dazwischen vermittelt, wurde nun an der TU Wien untersucht. Ein einzelnes Teilchen hat keine Temperatur. Es hat eine bestimmte Energie oder auch eine bestimmte Geschwindigkeit - aber in eine Temperatur kann man das nicht Übersetzen.

Mithilfe des neuen Photon-Counting Computertomographen können subtile Lungenschäden von Patient:innen mit anhaltenden Corona-Symptomen erkannt werden. Dies könnte dazu beitragen, die Gründe für Long-Covid zu erforschen und Patient:innen zu identifizieren, die für eine frühzeitige Therapie in Frage kommen, wie eine aktuelle wissenschaftliche Untersuchung einer Forschungsgruppe der Universitätsklinik für Radiologie und Nuklearmedizin von MedUni Wien und AKH Wien zeigt.

Forscher*innen der Universität Innsbruck untersuchten die Wirkung von Kernspinresonanz auf Cryptochrom, ein wichtiges Protein der "inneren Uhr". Zu ihrer Überraschung ließen sich die Ergebnisse der Experimente nur durch quantenmechanische Prinzipien erklären - und könnten ganz neue Therapieansätze ermöglichen.

Wie man Materialien durchschießt, ohne etwas kaputt zu machen Wenn man geladene Teilchen durch ultradünne Materialschichten schießt, entstehen manchmal spektakuläre Mikro-Explosionen, manchmal bleibt das Material fast unversehrt. Das konnte man an der TU Wien nun erklären. Es klingt ein bisschen wie ein Zaubertrick: Manche Materialien kann man mit schnellen, elektrisch geladenen Ionen durchschießen, ohne dass sie danach Löcher haben.

Die Feinstrukturkonstante ist eine der wichtigsten Naturkonstanten Überhaupt. An der TU Wien fand man eine bemerkenswerte neue Art, sie zu messen - nämlich als Drehwinkel. Eins durch 137 - das ist eine der wichtigsten Zahlen in der Physik. Es ist der ungefähre Wert der sogenannten Feinstrukturkonstante - einer physikalischen Größe, die in der Atomund Teilchenphysik eine herausragende Bedeutung hat.

Was entscheidet über die Haltbarkeit von Hochleistungs-Beschichtungen für Turbinen oder Werkzeuge? Überraschende Ergebnisse der TU Wien zeigen: Es ist nicht Materialermüdung. Extrem dünne Beschichtungen aus Keramik können die Eigenschaften technischer Bauteile völlig verändern. Man verwendet sie zum Beispiel, um die Widerstandskraft von Metallen gegen Hitze oder Korrosion zu erhöhen.

Winzige Härchen an unseren Zellwänden können sich gemeinsam bewegen und dadurch Flüssigkeit pumpen. Nun gelang es, eine physikalische Theorie dieser Härchenbewegungen zu entwickeln. Es sind blo㟠ganz einfache Strukturen, aber ohne sie könnten wir nicht Überleben: Unzählige kleine Härchen befinden sich an der Außenwand mancher Zellen, etwa in unserer Lunge oder auch in unserem Gehirn.

An der TU Wien gelang es, ein neuartiges Material aus Silizium und Germanium für die Chiptechnologie nutzbar zu machen. Das ermöglicht schnellere, effizientere Computer und neuartige Quantenbauelemente. Unsere heutige Chiptechnologie basiert größtenteils auf Silizium. Nur in ganz bestimmten Bauelementen wird auch eine geringe Menge an Germanium beigemischt.

Forscher haben eine Methode vorgestellt, mit der auch große Quantencomputer mit nur einem einzigen Messsetting charakterisiert werden können. Quantencomputer werden laufend komplexer und leistungsfähiger. Forscher der JKU, der Universität Innsbruck und der University of Technology Sydney haben eine Methode vorgestellt, mit der auch große Quantencomputer mit nur einem einzigen Messsetting charakterisiert werden können.

Ein Team von Quantenphysikern um die dreifache ERC-Preisträgerin Francesca Ferlaino hat eine neue Methode entwickelt, mit der Wirbel in dipolaren Quantengasen beobachtet werden können. Diese Quanten-Wirbel gelten als eindeutiger Hinweis für Suprafluidität, das reibungsfreie Strömen eines Quantengases, und wurden nun erstmals an der Universität Innsbruck in dipolaren Gasen experimentell nachgewiesen.

Die Rechenleistung von Quantencomputern ist aktuell noch sehr gering. Sie zu steigern erweist sich derzeit noch als große Herausforderung. Physiker der Universität Innsbruck präsentieren nun eine neue Architektur für einen universellen Quantencomputer, die solche Beschränkungen Überwindet und in naher Zukunft die Basis für den Bau der nächsten Generation von Quantenrechnern sein könnte.

Von Birgit Baustädter Wissenschafter der TU Graz in Kooperation mit der University of Surrey konnten erstmals das Wachstum von hexagonalem Bornitride beobachten und dokumentieren. Das Material findet vor allem in der Mikroelektronik und Nanotechnologie seine Anwendung. Atomar dünne 2D-Materialien für Anwendungen in der Mikroelektronik oder Nanotechnologie werden gezüchtet, indem Gas auf einer heißen Metalloberfläche zersetzt wird.

Für Fusionsreaktoren wie ITER sind Plasma-Instabilitäten eine große Herausforderung. Ein Forschungsteam rund um die Kernfusionsgruppe der TU Wien fand nun eine vielversprechende Lösung. Kernfusionskraftwerke könnten unsere Energieprobleme eines Tages nachhaltig lösen - doch immer noch ist kein kommerzieller Kernfusionsreaktor in Betrieb.

TU Wien und FHI Berlin gelang es, eine katalytische Reaktion mit drei verschiedenen Mikroskopen unter exakt gleichen Bedingungen in Echtzeit zu verfolgen. So gewinnt man Informationen, die keine der Methoden alleine preisgibt. Man muss sehr genau hinsehen, um exakt zu verstehen, welche Prozesse an den Oberflächen von Katalysatoren ablaufen.

,,Spukhafte Fernwirkung" nannte Albert Einstein einige Quantenphänomene. Quantensysteme unterscheiden eben stark von unseren Alltagserfahrungen. Eine neue Studie mit Beteiligung der Johannes Kepler Universität Linz und unter der Leitung des California Institut of Technology (Caltech) hat nun nachgewiesen, wie Machine Learning helfen kann, diese Systeme besser zu verstehen.

Eine neues Designprinzip kann nun die Eigenschaften von bisher kaum erforschbaren Quantenmaterialien vorhersagen: So wurde erstmals mit dem Computer ein hochkorreliertes topologisches Halbmetall entdeckt. Wie findet man neuartige Materialien mit ganz bestimmten Eigenschaften - zum Beispiel einem speziellen Zusammenspiel von Elektronen, wie man es für Quantencomputer benötigt?

Ein nur fingernagelgroßer Chip ersetzt sperriges Labor-Equipment. An der TU Wien wurde ein Infrarot-Sensor entwickelt, der in Sekundenbruchteilen Inhaltsstoffe von Flüssigkeiten detektiert. Was machen die Moleküle gerade im Reagenzglas? In der chemischen Technologie ist es oft wichtig, exakt zu messen, wie sich die Konzentration bestimmter Substanzen verändert - oft auf einer Zeitskala von Sekunden.

Ein neues Experiment an der Universität Innsbruck in Zusammenarbeit mit Forscher*innen aus Bayreuth, Dortmund, Münster und Linz zeigt, dass mit der sogenannten SUPER-Methode für die Erzeugung von Photonen die Informationsrate in zukünftigen Quantenkommunikationsnetzwerken verdoppelt werden kann. Überall auf der Welt forschen Physiker*innen daran, neue Technologien zu entwickeln, die sich die Prinzipien der Quantenmechanik zu Nutze machen.

Wenn Ionen ein Material durchdringen, laufen hochkomplexe Prozesse ab - so schnell, dass man sie bisher kaum analysieren konnte. Aber durch ausgeklügelte Messungen gelang das nun. Wie reagieren verschiedene Materialien auf den Einschlag von Ionen? Das ist eine Frage, die in vielen Forschungsbereichen eine wichtige Rolle spielt - etwa bei der Kernfusionsforschung, wenn die Wände des Fusionsreaktors von energiereichen Ionen bombardiert werden, aber auch in der Halbleitertechnik, wenn man Halbleiter mit Ionenstrahlen beschießt um winzige Strukturen herzustellen.

Was ist in der Forschung wichtiger: die Theorie oder Experimente? Im Idealfall beides, wie eine Zusammenarbeit der Johannes Kepler Universität Linz mit dem Max Planck Institut in Halle zeigt. Die Linzer Physiker*innen konnten die theoretische Erklärung für Überraschende Ergebnisse bei Experimenten in Deutschland liefern.