Phasenübergänge sind ein allgemeines Konzept in der Physik, das die Änderung von Materialeigenschaften durch die Variation eines externen Parameters beschreibt. So wird flüssiges Wasser zu festem Eis, wenn die Temperatur unter den Gefrierpunkt fällt. Dieses Konzept ist auch auf Vielteilchen-Quantensysteme anwendbar, bei denen durch die Veränderung eines Kontrollparameters unterschiedliche Quantenphasen mit einzigartigen Eigenschaften erzeugt werden können. Wurden solche Quantenphasenübergänge herkömmlich nur für Grundzustände beschrieben, so werden sie heute auch für Anregungsenergien ungleich Null vorhergesagt ("excited-state quantum phase transitions").
Ein Team um Bernd Meyer-Hoppe und Fabian Anders hat nun die erste experimentelle Darstellung eines Phasendiagramms in solchen angeregten Zuständen vorgelegt. Dies ermöglicht es, die riesige Anzahl möglicher Energiezustände eines Quantensystems in wenige Phasen mit unterschiedlichen Eigenschaften zu strukturieren. Ihre Ergebnisse haben sie in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht, in der sie als Titelartikel ausgewählt wurden.
Originalpublikation:
Excited-State Phase Diagram of a Ferromagnetic Quantum Gas
B. Meyer-Hoppe, F. Anders, P. Feldmann, L. Santos, and C. Klempt
Phys. Rev. Lett. 131, 243402
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.243402
