ETH-News

Mittels einer speziellen hauchd¨¹nnen Goldmembran haben ETH-Forschende die Untersuchung von Oberfl?chen deutlich erleichtert. Damit lassen sich nun Oberfl?cheneigenschaften messen, die mit herk?mmlichen Methoden unzug?nglich sind.

Forschende der ETH Z¨¹rich haben gezeigt, dass man die Quantenzust?nde einzelner Elektronenspins durch Elektronenstr?me mit gleichm?ssig ausgerichteten Spins kontrollieren kann. Diese Methode k?nnte in Zukunft in elektronischen Schaltelementen eingesetzt werden.

Forscher der ETH Z¨¹rich haben erstmals sichtbar gemacht, wie Elektronen in einem Material bei Raumtemperatur Wirbel bilden k?nnen. Dies gelang ihnen mit einem extrem hochaufl?senden Quantenmessger?t.

Forschende der ETH Z¨¹rich haben eine spezielle Art von Magnetismus untersucht, indem sie mit Quantensimulatoren erzeugte Bilder von farbigen Punkten analysierten. Mit dieser Methode k?nnten sie in Zukunft auch andere physikalische R?tsel l?sen, zum Beispiel im Bereich der Supraleitung.

Forschende der ETH Z¨¹rich haben in einem k¨¹nstlichen Festk?rper topologische Effekte studiert und dabei ¨¹berraschende Beobachtungen gemacht. Die neuen Erkenntnisse zum topologischen Pumpen k?nnten in Zukunft f¨¹r Quantentechnologien genutzt werden.

Forschenden der ETH Z¨¹rich ist es gelungen, Ionen mittels statischen elektrischen und magnetischen Feldern einzufangen und an ihnen Quantenoperationen durchzuf¨¹hren. In Zukunft k?nnten mit solchen Fallen Quantencomputer mit deutlich mehr Quantenbits als bisher realisiert werden.

Forschende der Empa und der ETH Z¨¹rich haben Verfahren entwickelt, mit denen sie aus Perowskit-Quantenpunkten schnellere und effizientere Strahler machen und so ihre Helligkeit deutlich verbessern k?nnen. Dies ist sowohl f¨¹r Anwendungen in Bildschirmen als auch in Quantentechnologien relevant.

Forschende von der ETH Z¨¹rich, Empa und Stanford haben Schnappsch¨¹sse der Kristallstruktur von Perovskit-Nanokristallen gemacht, w?hrend sie von angeregten Elektronen verformt wurde. ?berraschend bog die Verformung die schiefe Kristallstruktur gerade, anstatt sie ungeordneter zu machen.

ETH-Forschende haben in einem k¨¹nstlich hergestellten Material eine neue Art von Magnetismus nachgewiesen. Das Material wird dadurch ferromagnetisch, dass Elektronen ihre Bewegungsenergie minimieren.

Forschende der ETH Z¨¹rich 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 m?glich, Daten von einer beliebigen Stelle des Computerspeichers abzugreifen.

ETH-Forschende haben mit Hilfe eines ungew?hnlich platzierten Halbleitermaterials eine Antenne f¨¹r winzige Lichtquellen auf einem Chip geschaffen. In Zukunft k?nnten auf diese Weise effiziente Nano-LEDs und -Laser hergestellt werden.

Forschende der ETH Z¨¹rich haben die bislang schwerste Schr?dinger-Katze hergestellt, indem sie ein Kristall in eine ?berlagerung von zwei Schwingungszust?nden versetzten. Ihre Ergebnisse k?nnten zu robusteren Quanten-Bits f¨¹hren und zu erkl?ren helfen, warum wir im Alltag keine Quanten-?berlagerungen beobachten.

ETH-Forschenden gelingt es, mit extrem kurzen und starken R?ntgenpulsen dreidimensionale Bilder von einzelnen Nanoteilchen zu machen. Damit k?nnten k¨¹nftig 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 ¨¹ber dem absoluten Nullpunkt abzuk¨¹hlen. Mit dieser neuen Methode k?nnen Quanteneffekte mehrerer Nanopartikel studiert und hochempfindliche Sensoren gebaut werden.

Forschende an der ETH Z¨¹rich haben eine Methode entwickelt, mit der nur wenige Attosekunden dauernde Elektronenbewegungen in Wasser-Clustern zeitlich aufgel?st werden k?nnen. Die Technik kann sowohl zur genaueren Erforschung von Wasser als auch f¨¹r schnellere Elektronik benutzt werden.

Forschenden der ETH Z¨¹rich ist es erstmals gelungen, Exzitonen ¨C also Quasiteilchen aus negativ geladenen Elektronen und positiv geladenen Fehlstellen ¨C in einem Halbleitermaterial mit steuerbaren elektrischen Feldern einzufangen. Die neue Technik ist sowohl f¨¹r die Herstellung von Einzelphotonen-Quellen als auch f¨¹r die Grundlagenforschung wichtig.

Forschende der ETH Z¨¹rich haben einen neuen Algorithmus entwickelt, der es ihnen erlaubt, die Dynamik physikalischer Systeme aus Beobachtungen zu modellieren. In Zukunft k?nnte er auf das Entstehen von Turbulenz und Kipppunkte im Klima angewandt werden.

Forschende der ETH Z¨¹rich haben schwerwiegende Schwachstellen in DRAM-Datenspeichern entdeckt, die in Computern, Tablets und Smartphones benutzt werden. Die Schwachstellen sind nun gemeinsam mit dem Nationalen Zentrum f¨¹r Cybersicherheit ver?ffentlicht worden, das daf¨¹r zum ersten Mal eine Identifikationsnummer vergeben hat. ?

An der ETH Z¨¹rich haben Forschende einen neuen Materiezustand beobachtet: In gegeneinander verdrehten Graphenschichten verb¨¹nden 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 fl¨¹ssiges Metall ein festes durchdringt. Diese neue und ¨¹berraschend intuitive Technik macht es m?glich, eine grosse Bandbreite an intermetallischen Nanokristallen mit massgeschneiderten Eigenschaften f¨¹r verschiedenste Anwendungen zu produzieren.

Forschende der ETH Z¨¹rich haben ein hundert Nanometer grosses K¨¹gelchen 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 Z¨¹rich 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 pr?parierte Graphenscheiben durch Anlegen einer elektrischen Spannung wahlweise isolierend oder supraleitend zu machen. Dies funktioniert sogar lokal, so dass in der selben Graphenscheibe Regionen mit v?llig verschiedenen physikalischen Eigenschaften nebeneinander erzeugt werden k?nnen.

Ein internationales Forschungsteam unter Leitung der ETH Z¨¹rich hat aus Messungen von radioaktivem Kohlenstoff in Baumringen die Sonnenaktivit?t 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 Ausf¨¹hrung empfindlicher Quantenoperationen mit Atomen demonstriert. Dabei wird das Kontroll-Laserlicht direkt in einem Chip transportiert. So sollte es m?glich werden, gr?ssere Quantencomputer zu bauen, die mit eingefangenen Atomen arbeiten.

ETH-Forschenden gelang es, mit Mikrok¨¹gelchen aus ungeordneten Nanokristallen ein effizientes Material zur breitbandigen Frequenzverdopplung von Licht herzustellen. Die entscheidende Idee dazu entstand in einer Kaffeepause. Der neue Ansatz k?nnte k¨¹nftig in Lasern und anderen Lichttechnologien zum Einsatz kommen.

Forschende der ETH Z¨¹rich haben K¨¹gelchen aus Polymer-Gelen dazu gebracht, in einem Zwei-Schritt-Verfahren von alleine komplexe Muster zu bilden. Damit k?nnten Oberfl?chen mit massgeschneiderten optischen und mechanischen Eigenschaften realisiert werden.??

ETH-Forschende haben die erste theoretische Erkl?rung daf¨¹r geliefert, wie elektrischer Strom in Halbleitern aus Nanokristallen geleitet wird. Dadurch k?nnten in Zukunft neue Sensoren, Laser oder LEDs f¨¹r Bildschirme entwickelt werden.

Forschende der ETH Z¨¹rich haben ein Verfahren zur Herstellung von gewellten Oberfl?chen mit Nanometer-Pr?zision entwickelt. Damit k?nnen in Zukunft zum Beispiel optische Bauteile, die zur Daten¨¹bertragung im Internet verwendet werden, noch leistungsf?higer und kompakter werden.

Daten werden in Computern normalerweise in getrennten Modulen gespeichert und verarbeitet. Forscher der ETH Z¨¹rich und des PSI haben nun eine Methode entwickelt, mit der logische Operationen direkt in einem Speicherelement ausgef¨¹hrt werden k?nnen.

Forschende der ETH Z¨¹rich und der Empa haben gezeigt, dass man aus Silizium kleinste Objekte herstellen kann, die deutlich fester und verformbarer sind als bisher gedacht. Dadurch k?nnen etwa Sensoren in Handys kleiner und robuster werden.

In einem Material aus zwei leicht gegeneinander verdrehten, d¨¹nnen Kristallschichten haben ETH-Forschende das Verhalten von stark wechselwirkenden Elektronen untersucht. Dabei fanden sie einige verbl¨¹ffende Eigenschaften

ETH-Physiker haben die mit f¨¹nf Metern bisher l?ngste Mikrowellen-Quantenverbindung demonstriert. Sie eignet sich sowohl f¨¹r zuk¨¹nftige Quantencomputer-Netzwerke als auch f¨¹r Experimente der quantenphysikalischen Grundlagenforschung.

ETH-Forscher haben den zeitlichen Ablauf einzelner Schreibvorg?nge in einem neuartigen magnetischen Datenspeicher mit einer Aufl?sung von weniger als 100 Pikosekunden gemessen. Ihre Resultate sind von Bedeutung f¨¹r die n?chste Generation von Arbeitsspeichern, die auf Magnetismus beruhen.

Zwei Arbeitsgruppen der ETH Z¨¹rich 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 Z¨¹rich haben einen ¨¹berraschenden Dreh in einem Quantensystem beobachtet, der durch das Wechselspiel zwischen Energiezerstreuung und koh?renter Quantendynamik entsteht. Um ihn zu erkl?ren, 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 f¨¹r Lichtstrahlen entwickelt, der deutlich kleiner und schneller ist als heutige Modelle. Bedeutsam ist das f¨¹r selbstfahrende Autos und optische Quantentechnologien.

Ein Team aus Physikern und Informatikern der ETH Z¨¹rich 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 r?umlicher Aufl?sung hergestellt werden k?nnen.

In der Quantenphysik ist das Vakuum nicht leer, sondern durchdrungen von winzigen Fluktuationen des elektromagnetischen Felds. Diese Vakuum-Fluktuationen direkt zu untersuchen war bislang unm?glich. Forschende der ETH Z¨¹rich haben nun eine Methode entwickelt, mit der sie die Fluktuationen genau charakterisieren k?nnen.

Um mehr Signale zu ¨¹bertragen, als ?bertragungskan?le verf¨¹gbar sind, kommen in der Informationstechnik Multiplexverfahren zum Einsatz. Forscher der ETH Z¨¹rich haben jetzt ein neues Verfahren erfunden, bei dem Informationen im korrelierten Rauschen zwischen r?umlich getrennten Lichtwellen kodiert werden.

An gefangenen Kalziumionen haben ETH-Forscher eine neue Methode demonstriert, mit der man Quantencomputer immun gegen Fehler machen k?nnte. Dazu stellten sie einen periodischen Schwingungszustand eines Ions her, bei dem die ¨¹blichen Limits bez¨¹glich der Messgenauigkeit umgangen werden.

Lichtteilchen ?sp¨¹ren? 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 ¨¹bertragene Daten direkt in Lichtpulse f¨¹r Glasfasern umgewandelt werden k?nnen. Dadurch k?nnte die ?berbr¨¹ckung der ?letzten Meile? bis zum heimischen Internetanschluss deutlich schneller und billiger werden.

In Paolo Ermannis Labor an der ETH Z¨¹rich 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 ¨C und daher ideal f¨¹r 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 f¨¹r Quantencomputer weniger st?ranf?llig 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 ¨¹ber das Verhalten von Materialien bei extremen Belastungen.

Beim photoelektrischen Effekt l?st ein Photon ein Elektron aus einem Material heraus. ETH-Forscherinnen haben nun mit Attosekunden-Laserpulsen den zeitlichen Ablauf dieses Effekts in Molek¨¹len gemessen. Aus ihren Ergebnissen k?nnen sie auf den genauen Ort der Photoionisation schliessen.

In den neuen Quanten-Informationstechnologien m¨¹ssen empfindliche Quantenzust?nde zwischen entfernten Quanten-Bits ¨¹bertragen werden. ETH-Forschern ist es nun gelungen, eine solche Quanten-?bertragung zwischen zwei Festk?rper-Qubits auf Kommando zu realisieren.

Batterielebensdauer ist ein wichtiger Faktor in am K?rper tragbaren Ger?ten. Sie sollten immer empfangsbereit f¨¹r Kontrollsignale sein, ohne viel Energie zu verbrauchen. Forscher an der ETH Z¨¹rich haben nun einen leistungslosen Empf?nger f¨¹r Touch-Kommunikation entwickelt, der seine Energie direkt aus dem Signal erh?lt.

Ein von ETH-Physikern geleitetes internationales Forschungsteam hat mithilfe von maschinellem Lernen einem Computer beigebracht, die Ergebnisse von Quanten-Experimenten vorherzusagen. Die Resultate k?nnten f¨¹r das Testen zuk¨¹nftiger Quantencomputer wichtig werden.

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

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

Rastertunnelmikroskope k?nnen einzelne Atome eines Materials sichtbar machen. Forscher der ETH Z¨¹rich haben nun mit einem solchen Mikroskop auch deren Magnetisierung gemessen. Die neue Technologie k?nnte sowohl in der magnetischen Bildgebung als auch in der magnetischen Informationsverarbeitung Anwendung finden.

Forscher der ETH Z¨¹rich haben ein Miniaturger?t entwickelt, das laser?hnliche Strahlen aus elektromagnetischen Wellen erzeugen kann, die als Oberfl?chenplasmonen bezeichnet werden. Diese k?nnen viel st?rker geb¨¹ndelt werden als Licht, was sie f¨¹r Anwendungen in Sensoren n¨¹tzlich macht.

Granulare Systeme wie Ger?ll oder Pulver sind allgegenw?rtig, aber nicht leicht zu untersuchen. Jetzt haben Forscher der ETH Z¨¹rich 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 f¨¹r die Herstellung von Computer-Arbeitsspeichern. ETH-Forscher haben nun ein Verfahren untersucht, mit dem das magnetische Schreiben von Daten deutlich schneller und energiesparender m?glich ist.

Empfindliche Sensoren m¨¹ssen weitgehend von Umwelteinfl¨¹ssen abgeschirmt sein. Forschende an der ETH Z¨¹rich haben nun gezeigt, wie man elektrische Ladung von einem Nanok¨¹gelchen, mit dem kleinste Kr?fte gemessen werden k?nnen, entfernt und ihm hinzuf¨¹gt.

Genaue Messungen der Frequenzen schwacher elektrischer oder magnetischer Felder sind in vielen Anwendungen wichtig. Forscher an der ETH Z¨¹rich haben ein Verfahren entwickelt, bei dem ein Quantensensor die Frequenz eines oszillierenden Magnetfelds mit bislang unerreichter Genauigkeit misst.

Mit Hilfe sogenannter Doppel-Frequenzk?mme lassen sich Umweltgase schnell und pr?zise spektroskopisch untersuchen. ETH-Forschende haben nun eine Methode entwickelt, mit der solche Frequenzk?mme wesentlich einfacher und billiger als bisher erzeugt werden k?nnen.

Lichtteilchen reagieren normalerweise nicht auf Magnetfelder. ETH-Forscher haben jetzt gezeigt, wie man Photonen dennoch mit elektrischen und magnetischen Feldern beeinflussen kann. In Zukunft k?nnten mit dieser Methode starke k¨¹nstliche Magnetfelder f¨¹r Photonen erzeugt werden.

Die F?higkeit, Temperatur?nderungen wahrzunehmen, ist eine wichtige Funktion der menschlichen Haut. Forschende an der ETH Z¨¹rich haben jetzt einen hochempfindlichen und zugleich flexiblen Temperatursensor entwickelt, der demn?chst in Prothesen und Roboterarmen Verwendung finden k?nnte.

Elektronen in Festk?rpern k?nnen sich zu sogenannten Quasiteilchen zusammentun, die neue Ph?nomene hervorbringen. ETH-Physiker haben nun bislang nicht identifizierte Quasiteilchen in einer neuen Klasse von Festk?rpern untersucht, die aus nur einer atomaren Schicht bestehen. Mit ihren Ergebnissen korrigieren die Forscher eine bisher vorherrschende Fehlinterpretation.??

Quantenmechanisch m?gliche Energiezust?nde seiner Elektronen entscheiden dar¨¹ber, ob ein Festk?rper 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 Energiezust?nde aufweisen soll.

Elektronische Bauteile werden seit Jahren immer schneller und machen damit leistungsf?hige Computer und andere Technologien m?glich. Wie schnell sich Elektronen mit elektrischen Feldern letztendlich kontrollieren lassen, haben jetzt Forscher an der ETH Z¨¹rich untersucht. Ihre Erkenntnisse sind wichtig f¨¹r die Petahertz-Elektronik der Zukunft.

Quantenzust?nde von Atomen oder Molek¨¹len genau zu kontrollieren, ist seit Jahren ein Traum von Physikern. ETH-Forscher haben jetzt einen Rekord f¨¹r die Herstellung hoch angeregter Quantenzust?nde massiver Teilchen aufgestellt. Ihre Technik k?nnte dazu dienen, Quantencomputer schneller zu machen.

Bei Phasen¨¹berg?ngen, etwa zwischen Wasser und Wasserdampf, konkurriert die Bewegungsenergie mit der Anziehungsenergie unmittelbar benachbarter Molek¨¹le. Physiker der ETH Z¨¹rich haben jetzt Quanten-Phasen¨¹berg?nge studiert, bei denen auch weit entfernte Teilchen einander beeinflussen.

Verschr?nkungszust?nde weit entfernter Quantenobjekte sind ein wichtiger Baustein zuk¨¹nftiger Informationstechnologien. ETH-Forscher haben nun ein Verfahren entwickelt, mit dem sich solche Zust?nde 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 ¨¹bersehen, und es k?nnte f¨¹r zuk¨¹nftige Anwendungen in der Elektronik interessant sein.

Resonatoren sind ein wichtiges Werkzeug in der Physik. Mit Hilfe von Hohlspiegeln b¨¹ndeln sie normalerweise Lichtwellen, die dann beispielsweise auf Atome einwirken. Physikern an der ETH Z¨¹rich ist es nun gelungen, einen Resonator f¨¹r Elektronen zu bauen und die damit erzeugten Stehwellen auf ein k¨¹nstliches Atom zu richten.

Zur schnellen ?bertragung von grossen Datenmengen ¨¹ber Glasfaserkabel, wie sie das Internet erfordert, braucht man leistungsf?hige Modulatoren, die elektrische Signale in optische umwandeln. ETH-Forscher haben einen Modulator entwickelt, der hundert Mal kleiner ist als handels¨¹bliche 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 Ph?nomens k?nnte schon bald in der Schallisolierung zum Einsatz kommen.

ETH-Professor Jonathan Home und seine Mitarbeiter griffen tief in die Trickkiste und kreierten sogenannte ?gequetschte Schr?dinger-Katzen?. Diese Quantensysteme k?nnten f¨¹r zuk¨¹nftige Technologien ?usserst n¨¹tzlich sein.