D-PHYS News

Ein Team, an dem auch Forscher des Departements Physik der ETH Zürich beteiligt sind, hat eine Methode zur Herstellung elektrisch definierter Quantenpunkte gefunden, die das Potenzial für die lang ersehnte Abstimmbarkeit der Wellenlänge und Skalierbarkeit hat.

Wir sprachen mit Jonathan Home, dem derzeitigen Departementsvorsteher, über seine Ernennung zum Fellow der American Physical Society (APS), seine Karriere und seine Interessen und Ziele.

Mit Hilfe eines Random Walks, der durch Modulation eines Quantenkaskadenlasers erzeugt wird, haben Forscherinnen und Forscher des Instituts für Quantenelektronik der ETH Zürich einen neuartigen Frequenzkamm realisiert.

Die beiden Forschenden, die dem Institut für Quantenelektronik angehören, haben SNSF Starting Grants erhalten.

Forschern des Instituts für Quantenelektronik der ETH Zürich ist es gelungen, Terahertz-Solitonen in einem ringförmigen Quantenkaskadenlaser zu beobachten.

Die Besucherinnen und Besucher des Science Centers Technorama in Winterthur können jetzt von blossem Auge Atome sehen. Möglich wurde das durch die Zusammenarbeit zwischen dem Departement Physik der ETH Zürich und dem Technorama.

Durch Absorption von Licht kann einem Material Energie zugeführt werden. Die Elektronen des Materials können kollektiv oder unabhängig voneinander darauf reagieren. Dabei sollte das dominierende Verhaltensmuster nicht von der Perspektive abhängen. Bei Verbindungshalbleitern erhält man jedoch überraschenderweise divergente Antworten; abhängig davon, welcher atomare Bestandteil dazu befragt wird. Beide Perspektiven sind nötig, um Materialien für Anwendungen in der Elektronik optimieren zu können.

EPFL-Forschende haben in Zusammenarbeit mit Kolleg:innen der ETH Zürich und der Harvard University einen neuen Dünnschicht-Schaltkreis entwickelt, der in Verbindung mit einem Laserstrahl fein abgestimmte Terahertz-Frequenzwellen erzeugt. Das Instrument eröffnet eine Welt potenzieller Anwendungen in der Optik und Telekommunikation.

Nicht nur für unsere alltägliche Mobilität sind Verkehrsbehinderungen ein Ärgernis, auch für kleinste Teilchen wie Elektronen können diese negative Konsequenzen mit sich bringen. Wollen Physikerinnen und Physiker sehr schnelle Dynamik in der Materie mittels weicher Röntgenstrahlung untersuchen, ist freie Bahn für Elektronen gefordert.

Tobias Donner, Senior Scientist und Dozent in der Gruppe für Quantenoptik am Institut für Quantenelektronik, hat einen SBFI-finanzierten ERC Consolidator Grant erhalten. Mit den zugesprochenen Fördermitteln will er nun die grundlegenden Prinzipien der Wechselwirkung zwischen Quanten-Vielteilchensystemen und Licht erforschen.

Verschiedenste Anwendungen von gepulsten Laserquellen sind auf Pulspaare mit schrittweise zunehmenden Zeitintervallen zwischen den Pulsen angewiesen. Solche Pulspaare mit hoher Präzision zu realisieren, ist anspruchsvoll, insbesondere bei langen Intervallen. ETH-Physiker:innen haben nun einen Laser entwickelt, der einen weiten Scanbereich mit hoher Leistung, geringem Rauschen, und einfacher Handhabung kombiniert, und damit vielversprechende Perspektiven für praktische Anwendungen bietet.

ETH-Forschende zeigen, wie Atome durch einen synthetischen Kristall gepumpt werden können, ohne dass ein externer periodischer Antrieb nötig ist. Diese Experimente kombinieren mehrere Schlüsselaspekte der Quantenvielteilchenphysik auf unerwartete Weise und ebnen so einen Weg zu neuem grundlegendem Verständnis und zur Erzeugung exotischer Zustände von Quantenmaterie.

2022 hat das Schweizer Team die Physikweltmeisterschaft, das International Young Physicists' Tournament (IYPT) gewonnen. Singapur und Polen belegten den zweiten und dritten Rang.

Der Neugierde freien Lauf lassen, tausend Fragen stellen und Neues lernen. Am 17. Juni 2022 empfing das Departement Physik der ETH Zürich viele tausend Gäste zum sommerlichen Fest der Wissenschaft auf dem Campus Hönggerberg, der Nacht der Physik 2022.

Es ist allgemein bekannt, dass die Quantenfehlerkorrektur die Leistung von Quantensensoren verbessern kann. Eine neue theoretische Arbeit zeigt nun jedoch, dass dieser Ansatz unerwartet auch zu ungenauen und irreführenden Ergebnissen führen kann – und zeigt, wie diese Schwächen behoben werden können.

Wissenschaftlerinnen in der Photonenforschung sprechen über ihre Forschung und den Einfluss ihrer Arbeit. Aus der Perspektive der Nachwuchswissenschaftlerin bis hin zur etablierten Forscherin sprechen sie auch über notwendige Fähigkeiten, Karriereschritte und Vorbilder. Sie sind Mitglieder der Schweizerischen Gesellschaft für Photonenforschung, welche Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus den verschiedenen Bereichen der Photonenforschung vertritt und unterstützt.

Ein charakteristisches Merkmal sogenannter topologischer Quantenzustände ist, dass sie gegen lokale Störungen geschützt sind. ETH-Forschende zeigen nun, dass im paradigmatischen Fall des integralen Quanten-Hall-Effekts Vakuumfluktuationen einen Zusammenbruch des topologischen Schutzes verursachen können.

Forschende in der Gruppe von Prof. Jonathan Home haben eines der wichtigsten Schemata für die Quantenfehlerkorrektur modifiziert und gezeigt, dass sie damit in Experimenten die Lebensdauer von Quantenzuständen erheblich verlängern können – eine entscheidende Komponente für künftige skalierbare Quantencomputer.

Quantencomputer und Quantenmechanik werden derzeit intensiv erforscht, auch an der ETH Zürich. Sie sind zunehmend Thema in den Medien. Forscherinnen und Forscher arbeiten in diesem Bereich täglich mit kleinsten Teilchen, um im experimentellen Umfeld eine neue Ära der Informationstechnologie zu erschaffen. Sie soll in Zukunft neue Lösungen bringen. Doch wie lässt sich diese Welt der Quantenphysik ausserhalb des Labors erleben?

Die erstmalige Demonstration von direkter Femtosekundenpulsemission aus einem Quantenkaskadenlasers im mittleren Infrarotbereich ebnet den Weg zu neuartigen Anwendungen ultrakurzer Laserpulse.

In den vergangenen Jahren haben sich geeignet konstruierte Stapel zweidimensionaler Materialien als eine vielseitige Plattform für das Studium von Quantenkorrelationen zwischen elektronischen Zuständen herausgebildet. ETH-Physiker demonstrieren nun, wie sich wichtige Eigenschaften solcher Systeme flexibel durch Veränderung eines angelegten elektrischen Feldes einstellen lassen.

Wie wird die Leistung der Schweiz im Ausland wahrgenommen? Welche Rolle spielen die Frauen dabei? Die Beiträge von Frauen und ihre Geschichten gehen oft vergessen, ihre Stimmen bleiben ungehört und ihre Wirkung wird übersehen. Darauf macht das Eidgenössische Departement für auswärtige Angelegenheiten zum 50-jährige Jubiläum des nationalen Frauenstimmrechts in der Schweiz aufmerksam.

Prof. Lukas Novotny, Dr. Martin Frimmer und Dr. Gabriele Rainò diskutieren den Ansatz, den sie an der ETH Zürich verfolgen, um Studierenden eine Ausbildung in Quantenengineering auf Master-Stufe zu ermöglichen.

In nanophotonischen Systemen können Licht und Materie auf eine Weise gekoppelt werden, die neue Quantenphänomene ermöglicht. Theoretische und experimentelle Arbeiten zeigen nun, dass es physikalische Grenzen dafür gibt, wie stark die Licht-Materie-Kopplung in solchen Systemen sein kann.

Die National Academy of Sciences (USA) hat die Wahl von 30 internationalen Mitgliedern in Anerkennung ihrer herausragenden und anhaltenden Leistungen in der Forschung bekannt gegeben, darunter auch die ETH-Physikerin Ursula Keller.

ETH-Forschende haben gezeigt, dass eine winzige Wolke von Atomen von einer Wärmekraftmaschine in einen Kühler verwandelt werden kann, wenn die Wechselwirkungen zwischen den Teilchen erhöht wird. Diese Experimente bieten sowohl tiefe fundamentale Einblicke als auch eine mögliche Vorlage für effizientere thermoelektrische Geräte.

Der Nachweis von Elektrolumineszenz bei Terahertz-Frequenzen aus einer Silizium-Germanium-Legierung markiert einen wichtigen Schritt in Richtung des lang ersehnten Ziels eines Lasers auf Siliziumbasis.

Ursula Keller, Professorin am Institut für Quantenelektronik, hat einen der 55 Proof-of-Concept Grants erhalten, die der Europäische Forschungsrat (ERC) in seiner jüngsten Förderrunde vergeben hat. Der Förderbeitrag steht ihr und ihrer Gruppe ab 1. März 2021 zur Verfügung. Er ermöglicht die Erforschung neuer kommerzieller Anwendungen der sogenannten Doppel-Frequenzkamm-Spektroskopie.

Der ETH Rat hat an seiner Sitzung vom 9. und 10. Dezember 2020 auf Antrag von ETH-​Präsident Joël Mesot 14 Professorinnen und Professoren ernannt, unter ihnen Rachel Grange zur ausserordentlichen Professorin für Photonik und Judit Szulágyi zur Assistenzprofessorin für Rechnergestützte Astrophysik am Departement Physik.

Wenn die Labortür geschlossen bleiben muss: «ETH Globe» hat bei Forschenden des Departements Physik nachgefragt, wie Wissenschaft im Homeoffice funktioniert.

ETH-Forschende haben die erste Laserquelle mit hoher Wiederholungsrate entwickelt, die kohärente weiche Röntgenstrahlen über das gesamte «Wasserfenster» hinweg erzeugt. Dieser technologische Durchbruch sollte ein breites Spektrum von Studien ermöglichen, in der Biologie, der Chemie und den Materialwissenschaften wie auch in der Physik.

Die Dynamik von Elektronen ändert sich bei jeder Wechselwirkung mit einem Photon. Die Gruppe von Prof. Ursula Keller hat nun ein solches Wechselspiel in seiner wohl reinsten Form gemessen – sie haben erstmalig die Änderungen im Attosekundenbereich gemessen, die bei Einphotonenübergängen eines ungebundenen Elektrons entstehen.

Insgesamt 19 neue Professorinnen und Professoren hat der ETH-​​Rat an seiner letzten Sitzung auf Antrag von ETH-​​Präsident Joël Mesot ernannt. Darunter sind fünf Ernennungen am Departement Physik.

Rund tausend Forschende aus der ganzen Welt nahmen am «Photonics Online Meetup POM20» teil. Eine Konferenz dieser Grösse ist für ein Organisationsteam üblicherweise mit einem riesigen Aufwand verbunden. Für die Teilnehmenden sind Übernachtungsangebote, Transfers, Verpflegung und Tagungsort zu organisieren. Zeitaufwand und Kosten für die Reise zum Tagungsort sind für die meisten Teilnehmenden erheblich. Welche Vorteile bringt eine Online-Konferenz?

Insgesamt 19 neue Professorinnen und Professoren hat der ETH-​Rat an seiner Sitzung vom 11. und 12. Dezember 2019 auf Antrag von ETH-​Präsident Joël Mesot ernannt, unter ihnen Physikprofessor Jonathan Home.

Die Erzeugung von Photoelektronen durch Ionisation ist einer der grundlegendsten Prozesse in der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie. Es bleiben jedoch grundlegende Fragen, wie Photonen ihren linearen Impuls auf Elektronen übertragen. Mit der ersten Sub-Femtosekunden-Untersuchung des linearen Photonenimpulstransfers während eines Ionisationsprozesses haben ETH-Forschende nun beispiellose Einblicke in die Entstehung von Photoelektronen gewonnen.

Mit der Demonstration eines Sub-Pikosekunden-Dünnscheiben-Laseroszillators mit einer durchschnittlichen Ausgangsleistung von 350 W setzt die Gruppe von Ursula Keller einen neuen Massstab, und ebnet den Weg zu noch leistungsstärkeren Lasern.

Die Gruppe von Tilman Esslinger demonstriert die gleichzeitige Kontrolle von Transport- und Spineigenschaften kalter Atome und schafft damit eine Plattform für die Erforschung von Konzepten in der Spintronik und der Festkörperphysik.

Die Gruppe von Tilman Esslinger hat einen neuen Ansatz entwickelt, um quantisierte Eichfelder zu konstruieren, die an ultrakalte Materie gekoppelt sind. Die Methode könnte die Grundlage bilden für eine vielseitige Plattform, um verschiedenste Probleme anzugehen, in der Festkörperphysik wie auch in der Hochenergiephysik.

ETH Forschende haben gemessen, wie Elektronen in Übergangsmetallen in Bruchteilen eines optischen Schwingungszyklus umverteilt werden. Die Elektronen konzentrieren sich in weniger als einer Femtosekunde um die Metallatome. Diese Umverteilung könnte wichtige makroskopische Eigenschaften von Verbindungen mit Übergangsmetallen – wie Leitfähigkeit, Magnetisierung oder optische Charakteristiken – beeinflussen, welche sich somit auf kürzesten Zeitskalen steuern lassen könnten.

In sogenannten Polaritonen sind Licht- und Materiezustände stark miteinander gekoppelt. Die Gruppe von Ataç İmamoğlu hat nun einen neuen Ansatz entwickelt, um nichtlineare optische Eigenschaften solcher "Quasiteichen" in stark korrelierten elektronischen Zuständen zu untersuchen. Sie eröffnen damit neue Perspektiven sowohl für die Photonik wie auch für die Erforschung von exotischen Vielteilchenzuständen.

Die Gruppe von Jérôme Faist am Institut für Quantenelektronik realisierte den ersten Terahertz-Quantenkaskadenlaser, der ohne kryogene Kühlung funktioniert. Dieser Durchbruch sollte den Einsatz dieser Laser in einer Vielzahl von praktischen Anwendungen ermöglichen.

Im Rahmen der "Honors Ceremony" der IEEE in San Diego (USA) wurde vergangene Woche die Edison-Medaille an ETH-Physikprofessorin Ursula Keller überreicht, für ihre Innovationen im Bereich der ultraschnellen Laser und derer Anwendungen.

Rachel Grange, Professorin am Institut für Quantenelektronik, erhält einen von 54 Proof-of-Concept-Grants, welche der Europäische Forschungsrat (ERC) in der neusten Finanzierungsrunde vergeben hat. Der Grant ermöglicht es ihr und ihrer Gruppe, das kommerzielle Potenzial eines neuen Ansatzes zur Charakterisierung von Materialien weiter zu erkunden.

Der Einstein-de-Haas-Effekt, der vor mehr als hundert Jahren erstmals demonstriert wurde, bietet eine faszinierende Verbindung zwischen Magnetismus und Rotation in ferromagnetischen Materialien. Ein Team um den ETH-Physiker Steven Johnson zeigt nun, dass der Effekt auch eine zentrale Rolle in Prozessen spielt, die auf der Pikosekunden-Zeitskala ablaufen. Sie liefern damit wichtige Erkenntnisse über Materialien, die als Grundlage für neuartige Elektronikbausteine dienen könnten.

ETH-Forschende haben bei der Vergabe von ERC Grants ausgezeichnet abgeschnitten: Zehn Consolidator Grants in der Höhe von 24 Millionen Franken konnten sie für ihre Forschung einwerben. Unter den Ausgezeichneten sind die drei Physiker Paolo Crivelli, Christian Degen und Jonathan Home.  

Im Herbst 2019 startet der neue Studiengang «Master of Science in Quantum Engineering» des Departements Physik und des Departements Informationstechnologie und Elektrotechnik der ETH Zürich. Die beiden Departemente reagieren damit auf die wachsende Nachfrage nach Quanteningenieuren mit einer soliden Ausbildung in Elektrotechnik und Quantenwissenschaft.

Wie schon 2017 wurde das ETH-Spin-off IRsweep, das modernste optische Spektrometer im mittleren Infrarotbereich anbietet, von einer Gruppe von 100 Investoren und Startup-Experten zu einem der 100 innovativsten und vielversprechendsten Schweizer Startups gekürt.

Für ETH-Physikprofessorin Ursula Keller gehören Freude am Unbekannten und Frustrationstoleranz  zu den wichtigsten Forscherqualitäten. ETH Globe hat ihr fünf Fragen gestellt.

Zweimal im Jahr organisiert die Leitung des Departements Physik der ETH Zürich einen Anlass für alle Angehörigen des Departements: den Departementstag im Juni und den Neujahrsapéro im Januar. Dies sind gute Gelegenheiten für die rund 500 Angehörigen des Departements, Neues aus der Departementsleitung und aus der Forschung zu erfahren und sich auszutauschen.

Die ETH-Professorin Ursula Keller ist vom Europäischen Patentamt zusammen mit dem französischen Physiker Jacques Lewiner und dem dänischen Ingenieur Hendrik Stiesdal, für den Europäischen Erfinderpreis 2018 in der Kategorie Lebenswerk nominiert worden. Die Abstimmung zum Publikumspreis läuft bis 3. Juni 2018.

Nicht nur Schweizer Kantonschulen, auch das 14. Allgemeine Lyzeum von Thessaloniki und die Psychiko College High-School besuchten in den letzten Wochen das Departement Physik. Die 77 Gymnasiastinnen und Gymnasiasten wurden durch Studierende über den Campus Hönggerberg geführt und nahmen an verschiedenen, auf sie zugeschnittenen Besuchsprogrammen teil. Oder sie erkundeten den Campus mit Hilfe von Kartenmaterial selbst.

In einer Attosekundenstudie des H₂-Moleküls haben Physikerinnen und Physiker an der ETH gezeigt, dass für leichte Atomkerne — wie sie in den meisten organischen und biologischen Molekülen enthalten sind — die Korrelation zwischen Elektronen- und Kernbewegungen nicht ignoriert werden kann.

Zwei Professorinnen und acht Professoren der ETH Zürich haben sich einen der prestigeträchtigen ERC Advanced Grants gesichert. Unter ihnen ist die Physikerin Ursula Keller — sie erhält die begehrte Förderung zum zweiten Mal.

In einem Halbleiter können Elektronen durch Absorption von Laserlicht angeregt werden. Fortschritte während des letzten Jahrzehnts haben die Messung dieses Vorgangs auf Zeitskalen unterhalb einer Femtosekunde ermöglicht. ETH-Physiker haben nun erstmals die Dynamik von Elektronen in Galliumarsenid im Attosekundenbereich aufgelöst und unerwartete Erkenntnisse für zukünftige ultraschnelle optoelektronische Komponenten im Petahertz-Bereich gewonnen.

Ultraschnelle Laser mit Pulswiederholfrequenzen von mehreren Gigahertz sind für Anwendungen wünschenswert, die hohe Abtastraten oder auflösbare Frequenzkammlinien erfordern. ETH-Forscher haben nun ein hartnäckiges Problem in diesem Feld gelöst, welches den Fortschritt in Richtung diodengepumpter ultrakurzer Gigahertz-Festkörperlaser behindert hat.

Experimente mit Atomen in einem geschüttelten künstlichen Kristall aus Licht bieten neue Einblicke in die Physik von Quanten-Vielteilchensystemen. Die gewonnenen Erkenntnisse könnten für die Entwicklung zukünftiger Datenspeichertechnologien hilfreich sein.

Die IEEE-Medaille für Umwelt- und Sicherheitstechnologien 2018 wird an Jérôme Faist (ETH Zürich) und Frank Tittel (Rice University, USA) verliehen, für "bahnbrechende Beiträge zu Quantenkaskadenlasern und optischen chemischen Sensoren für die Umweltsensorik".

"Coole Technik – heisse Berufslehren am Departement Physik" und "Forschung, schneller als die Polizei erlaubt!" waren die beiden diesjährigen Programme des Zukunftstags am Departement Physik der ETH Zürich. Ob Einblick in die Berufe Elektroniker, Konstrukteur, Physiklaborant und Polymechaniker oder in die Laser-Forschung, am Schluss haben die Kinder eine Menge Eindrücke mitgenommen.

Die Gruppen von Ursula Keller (ETH) und Fritjof Helmchen (Universität Zürich & ETH) haben gezeigt, dass es kleine, zuverlässige und kosteneffiziente Femtosekunden-Halbleiter-Scheibenlaser im Bereich der in vivo Multiphotonen-Bildgebung mit komplexen Titan:Saphir-Lasern aufnehmen können.

Im Rahmen seiner Serie "Quantenrevolution" portraitiert der Tages-Anzeiger den ETH-Physiker Jonathan Home, der an Quantencomputern auf der Basis von Ionenfallen arbeitet.

Die Rastergatemikroskopie wird normalerweise dazu verwendet, die örtliche Verteilung der elektrischen Leitfähigkeit in Halbleiterbauelementen zu erfassen. ETH-Physiker haben sich nun die Methode zu eigen gemacht, um kalte neutrale Atome abzubilden wie sie durch Verengungen transportiert werden, die so eng sind, dass Quanteneffekte ins Spiel kommen. Diese Ergebnisse unterstreichen das Potenzial, neutrale Atome dazu zu verwenden, den elektronischen Transport durch Nanostrukturen zu simulieren.

Der ETH-Rat hat acht neue Professorinnen und Professoren ernannt, unter ihnen den Physiker Steven Johnson vom Institut für Quantenelektronik.

Heute wurde einer der beiden 2017 Weizmann Women & Science Awards an Ursula Keller, Professorin im Institut für Quantenelektronik, verliehen, für "bahnbrechende und wegweisende Beiträge zur ultraschnellen Lasertechnik und wichtige Durchbrüche in der Attosekundenwissenschaft".

Auf die erste Ausschreibung von BRIDGE Proof of Concept des Schweizerische Nationalfonds (SNF) und der Kommission für Technologie und Innovation (KTI) haben 101 junge Forschende aus der ganzen Schweiz Anträge eingegeben. 11 Ideen werden nun gefördert, darunter die beiden Projekte der ETH-Physikerin Mariia Timofeeva und des ETH-Physikers Florian Emaury.

ETH-Forscher haben aus der letzten Ausschreibung acht der begehrten Advanced Grants des Europäischen Forschungsrats (ERC) erhalten, unter ihnen auch der Physiker Tilman Esslinger, der bereits zum zweiten Mal Empfänger eines solchen Grants ist.

Einer der renommierten ERC Starting Grants 2016 geht an Rachel Grange, Assistenzprofessorin in Photonik am Institut für Quantenelektronik.

Gibt es gemeinsame Interessensfelder zwischen Physik und Theater? Im Rahmen der Vorlesungsreihe "Getting Real" an der Zürcher Hochschule der Künste, ZHdK, sind die beiden ETH-Physiker Gregor Jotzu und Philipp Kammerlander als Gastreferenten eingeladen worden.

Das kontrollierte Shutteln von Ionen durch Laserstrahle sollte skalierbare Quantencomputer ermöglichen.

Physiker haben erstmals zwei Materialien mit ungewöhnlichen quantenmechanischen Eigenschaften durch einen Quantenpunkt verbunden. Dies könnte sowohl ein tieferes Verständnis von physikalischen Grundprinzipien bringen wie auch neuartige Möglichkeiten für zukünftige elektronische Bauteile eröffnen.