Prof. Dr. Tim Wehling

(Institut für Theoretische Physik, Univ. Bremen)

Thema:         Von Gebäck zu Quantensystemen:
                        Topologische Materiezustände und Phasenübergänge

Der diesjährige Nobelpreis für Physik ist an David Thouless, Duncan Haldane und Michael Kosterlitz für die “theoretische Entdeckung von topologischen Phasenübergängen und topologischen Phasen von Materie“ verliehen worden. Dieses vielleicht abstrakt klingende Thema kann jedoch sehr anschaulich mit Hilfe von Gebäck illustriert werden: einem Brötchen, einem Donut und einer Brez'n. Diese Backwaren unterscheiden sich durch die Zahl ihrer Löcher (null, eins bzw. zwei). Daher sind Brötchen, Donut und Brez'n nicht stetig ineinander deformierbar und heißen “topologisch verschieden”. Im Vortrag soll diskutiert werden, wie sich solche topologischen Konzepte auf quantenmechanische Systeme übertragen und zum Verständnis unterschiedlichster Phänomene in kondensierter Materie nutzen lassen: So bilden sich in sehr dünnen Supraleitern Paare von Wirbeln, die bei einer kritischen Temperatur im Rahmen eines topologischen Phasenübergangs auseinander brechen. Auch der Quanten-Hall-Effekt, d.h. das Auftreten ganzzahlig quantisierter Hall-Widerstandswerte, lässt sich in der Sprache der Topologie verstehen. Es gibt eine ganze Reihe solcher topologischer Materiezustände (z.B. topologische Isolatoren und Supraleiter, Skyromion-Systeme), die in jüngster Zeit intensiv untersucht werden. In vielerlei Hinsicht handelt es sich hierbei ganz klar um physikalische Grundlagenforschung. Aber für einige der genannten topologischen Phänomene zeichnen sich bereits Anwendungsmöglichkeiten in Spintronik, Metrologie oder Quanteninformationsverarbeitung ab.