Institute for Theoretical Physics

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<h1>Donuts und Laserstrahlen</h1>
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<h1>Die Höchstgeschwindigkeit der Quanten</h1>
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Halbleiterelektronik wird immer schneller – aber irgendwann erlaubt die Physik keine Steigerung mehr. Die kürzest mögliche Zeitskala optoelektronischer Phänomene wurde nun untersucht.<br>
In der Materialforschung erzielt man große Erfolge, indem man Erkenntnisse aus der Topologie nutzt. Ähnliche Werkzeuge lassen sich nun auch auf Laser anwenden.<br>
 
   
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Ein ultrakurzer Laserpuls sorgt dafür, dass sich geladene Teilchen frei bewegen können, ein zweiter (rot) sorgt für das elektrische Feld, das die Ladungsträger in die gewünschte Richtung bewegt. <br>
Arbeitsweise des Lasers: Das Licht kann in den beiden dicht beieinanderliegenden Licht-Bahnen (rote und blaue Bahn) hin- und herlaufen und wird an den Enden teilweise reflektiert. Der linken Bahn wird von außen Energie zugeführt. Als Resultat der nicht-trivialen topologischen Struktur, die das Laserlicht durchläuft, entstehen an den beiden Enden des Lasers genau gegenteilige Interferenzmuster.<br>
 
   
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Wie schnell kann Elektronik werden? Wenn Computerchips mit immer kürzeren Signalen und immer kleineren Zeitabständen arbeiten, stößt man irgendwann auf physikalische Grenzen: Die quantenmechanischen Prozesse, die in einem Halbleitermaterial die Entstehung von elektrischem Strom ermöglichen, brauchen ihre Zeit. Schneller ist Signalentstehung und Signalübertragung einfach nicht möglich.<br>
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Diese Grenzen konnten TU Wien, TU Graz und das Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching nun gemeinsam ausloten: Spätestens bei etwa einem Petahertz (eine Million Gigahertz) kann die Geschwindigkeit nicht weiter gesteigert werden, selbst wenn man das Material auf optimale Weise mit Laserpulsen anregt. Dieses Resultat wurde nun im Fachjournal „Nature Communications“ veröffentlicht.<br>
Ein Möbius-Band als topologisch nicht-triviale Schleife: Folgen die möglichen Energien des Laserlichtes dieser Schleife, kehren diese nach einer Runde nicht zu ihren Ausgangswerten zurück.<br>
 
 
Ein Donut ist keine Semmel. Aus mathematischer Sicht sind das zwei grundverschiedene Objekte: Der Donut hat ein Loch, die Semmel nicht. Einen Kreis, der im Donut rund um das Loch in seiner Mitte herumführt, kann man nicht zu einem Punkt zusammenziehen. Einen beliebigen Kreis innerhalb der Semmel hingegen schon.<br>
 
 
Die mathematische Disziplin, die sich mit solchen Kategorisierungen von Flächen und Körpern befasst, ist die Topologie. Sie hat in den letzten Jahren auch in der Physik eine wachsende Rolle gespielt: 2016 wurde der Nobelpreis für die Anwendung topologischer Konzepte auf die Festkörperphysik vergeben. Nun zeigt sich: Topologie kann auch für die Erzeugung von Laserlicht eine entscheidende Rolle spielen. Durch eine Kooperation der TU Wien mit Forschungsteams aus den USA wurde ein spezieller Laser entwickelt, der Lichtstrahlen mit charakteristischen topologischen Eigenschaften emittiert. Publiziert wurde dieser Erfolg nun im Fachjournal „Science“.<br>
 
   
   
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Mehr dazu auf unserer [[News|News]]-Seite sowie weitere stories;<br>
 
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> Donuts und Laserstrahlen<br>
 
> Benedikt Hartl - sub auspiciis Promotionen am 26. Jänner 2022 an der TU Wien<br>
 
> Benedikt Hartl - sub auspiciis Promotionen am 26. Jänner 2022 an der TU Wien<br>
 
> Künstliche Intelligenz für die Teilchenphysik<br>
 
> Künstliche Intelligenz für die Teilchenphysik<br>

Revision as of 15:07, 4 April 2022

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Die Höchstgeschwindigkeit der Quanten

Halbleiterelektronik wird immer schneller – aber irgendwann erlaubt die Physik keine Steigerung mehr. Die kürzest mögliche Zeitskala optoelektronischer Phänomene wurde nun untersucht.

Optoelektronik1.jpg

Ein ultrakurzer Laserpuls sorgt dafür, dass sich geladene Teilchen frei bewegen können, ein zweiter (rot) sorgt für das elektrische Feld, das die Ladungsträger in die gewünschte Richtung bewegt.

Wie schnell kann Elektronik werden? Wenn Computerchips mit immer kürzeren Signalen und immer kleineren Zeitabständen arbeiten, stößt man irgendwann auf physikalische Grenzen: Die quantenmechanischen Prozesse, die in einem Halbleitermaterial die Entstehung von elektrischem Strom ermöglichen, brauchen ihre Zeit. Schneller ist Signalentstehung und Signalübertragung einfach nicht möglich.
Diese Grenzen konnten TU Wien, TU Graz und das Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching nun gemeinsam ausloten: Spätestens bei etwa einem Petahertz (eine Million Gigahertz) kann die Geschwindigkeit nicht weiter gesteigert werden, selbst wenn man das Material auf optimale Weise mit Laserpulsen anregt. Dieses Resultat wurde nun im Fachjournal „Nature Communications“ veröffentlicht.




Mehr dazu auf unserer News-Seite sowie weitere stories;
> Donuts und Laserstrahlen
> Benedikt Hartl - sub auspiciis Promotionen am 26. Jänner 2022 an der TU Wien
> Künstliche Intelligenz für die Teilchenphysik
> Die Kristall-Formel
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> Mehr Europa in der Physik
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> Stefan Donsa - sub auspiciis Promotionen am 14. Juni 2021 an der TU Wien
> Wie man als Einzeller ans Ziel gelangt
> Der unverwüstliche Lichtstrahl
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> Stefan Nagele - Promotion Sub Auspiciis
> Zwischen Physik und Chemie
> Quanteneffekte in Super-Zeitlupe
> 400.000 Euro für Schwarze Löcher + das holograph. Prinzip
> Gefrorenes Chaos
> Ultrakurze Laserpulse kontrollieren chemische Prozesse
> Schwingende Saiten zwischen zwei Buchdeckeln
> Die schnellste Stoppuhr der Welt - bald am CERN?
> Der Molekül-Baukasten; Strukturen, die sich selbst
> Nano-Hillocks: Wenn statt Löchern Berge wachsen
> DACAM - neues Center für atomistische Simulationen in Wien


Das Institut für Theoretische Physik trauert um seine langjährigen Mitglieder,

Schweda-Manfred cut 75er-Feier 2014 IMG 0028.JPG

Em. Univ. Prof. DI Dr. Manfred Schweda
(7.11.1939 - 10.04.2017)

Nachruf


Adam.jpg

wiss. Oberrat Dipl.-Ing. Dr. Gerhard ADAM
(8.12.1932 - 30.12.2012)

Nachruf


Research

The research program at our institute is characterized by a remarkable diversity covering a broad spectrum of topics ranging from high-energy physics and quantum field theory to atomic and condensed matter physics. As a focus area, non-linear dynamics of complex systems including aspects of quantum cryptography and quantum information plays an important role. Many of the research topics make use of and belong to the subdiscipline "computational physics".

The breadth of activities at our institute provides advanced students as well as young researchers with the opportunity to be exposed to a multitude of state-of the art research directions and to receive a broad-based academic training.

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Teaching

Teaching theoretical physics to young colleagues is an important part of our activities. Physics nowadays is a very wide field of knowledge, which progresses with ever increasing pace. We are aware that teaching must be directed towards students specializing in experimental as well as in theoretical physics, and we are committed to Humboldt’s program of teaching science through practicing science.

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Talks

Information on physics talks in Vienna can be found in the Calendar of Physics Talks.

Contact

Institute for Theoretical Physics
Vienna University of Technology
Wiedner Hauptstrasse 8-10/136
Tower B (yellow), 10th floor
A-1040 Wien, AUSTRIA
TEL +43 1 58801x13601, x13602 (secretariat)
FAX +43 1 5880113699
e-mail heike.hoeller (at) tuwien.ac.at