Forscher entwickeln Quantengerät für Schallwellen bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt

In einem Medium wie dem Ozean kann Schall sich ausbreiten, während Licht und elektrische Ströme dies nicht können", sagte Michael Hilke, Associate Professor für Physik und Mitautor der Studie. „Im menschlichen Körper können Schallwellen ebenfalls ein nützliches Werkzeug sein." Das Gerät wurde an der McGill University und am National Research Council of Canada entwickelt und untersucht, während das im Rahmen der Arbeit verwendete Material an der Princeton University hergestellt wurde.

Fast-Elektronen erzeugen schallähnliche Schwingungen. Damit das Gerät funktioniert, wird ein elektrischer Strom durch eine zweidimensionale Kristallschicht geleitet, in der sich die Elektronen auf einen Kanal beschränkt befinden, der nur wenige Atome dick ist.

Werden die Elektronen mit ausreichender Kraft durch den Kanal getrieben, geben sie Energie in Form so kontrollierte, vorhersagbar einstellbare Impulse schallbezogener Schwingungen. Der Effekt tritt nur unter extremen Kühlbedingungen auf; die Geräte werden dabei auf Temperaturen zwischen etwa 10 Millikelvin und 3,9 Kelvin heruntergekühlt.

Unter diesen Bedingungen bewegen sich die

Unter diesen Bedingungen bewegen sich die Elektronen geordneter, sodass Wissenschaftler Quanteneffekte untersuchen können, bei denen Materie sich eher wie Wellen als wie gewöhnliche Teilchen verhält. „Bei absoluten Nulltemperaturen – also in der Welt der Quantenphysik – entsteht kein Schall, es sei denn, die Elektronen bewegen sich kollektiv mit der Schallgeschwindigkeit oder schneller", erklärte Hilke.

In früheren Arbeiten wurden ähnliche Effekte beobachtet, wenn sich Elektronengeschwindigkeiten der Schallgeschwindigkeit näherten. Unsere Studie geht einen Schritt weiter, indem sie das System weit über diesen Punkt hinausdrängt und zeigt, dass bestehende Theorien neu bewertet werden müssen, da Elektronen auch dann sehr heiß sein können, wenn das Wirtskristallgitter nahe am absoluten Nullpunkt liegt.

Neue Materialien könnten die Geräteschwindigkeit erhöhen Hilke sagte, zukünftige Forschung werde untersuchen, ob andere Materialien, einschließlich Graphen, das Gerät noch schneller betreiben könnten.

Solche Fortschritte könnten schnellere Kommunikationstechnologien, verbesserte

Solche Fortschritte könnten schnellere Kommunikationstechnologien, verbesserte Sensoren, biologische Materialien und fortschrittliche Medizinsysteme unterstützen. „Phononen sind schwer kontrolliert zu erzeugen und nutzbar zu machen, daher erforschen wir neue Betriebsbereiche.

Auf breiter Ebene geht es darum, wie elektrischer Strom und Energie sich in fortschrittlichen elektronischen Materialien bewegen und umgewandelt werden," sagte er. Referenz: „Resonante Magnetophononen-Emission durch supersonische Elektronen in ultrahoch-mobilen zweidimensionalen Systemen", M. Hilke, N. Fong, D. G. Austing, S. A. Studenikin, K. W. West und L. N. Pfeiffer, 8. April 2026, Physical Review Letters.

DOI: 10.1103/m1nb-j1h6 Die Studie wurde vom Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada und vom Fonds de recherche du Québec – Nature et technologie gefördert.