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Spring School in Jülich

Die Revolutionierung der Quantenphysik

290 internationale Studierende, eine Spring School, ein gemeinsames Ziel: Die Physik der Topologie verstehen. Das mathematische Konzept der Topologie wurde jüngst mit dem höchsten Preis einer Forscherkarriere, dem Nobelpreis, im letzten Herbst ausgezeichnet. “Forschung zu topologischen Materialien geht gerade durch die Decke – und nicht nur seit dem 2016 verliehenen Nobelpreis in Physik, der an die Pioniere der Topologie, David Thouless, Duncan Haldane und Michael Kosterlitz ging. Wir hoffen, dass dies zu mehr Anwendungen in der Materialforschung wie auch in der Elektroindustrie in der Zukunft führen wird”, sagt Professor Stefan Blügel, hauptverantwortlicher wissenschaftlicher Organisator der Spring School 2017 und Direktor des Peter-Grünberg-Instituts und des Institutes for Advanced Simulation, beide verankert am Forschungszentrum Jülich.

Ein Bericht von Svenja Rausch



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Als Doktorand der Bonn-Colognge Graduate School of Physics and Astronomy erforscht Jan Müller die Forschungsmaterie der Topologie. Foto: J. Müller

Die Topologie zu untersuchen, ist auch Jan Müllers Mission während der Spring School. Ich forsche zu magnetischen Skyrmionen und bin daher mit dem Thema der Topologie vertraut. Für mich war die Spring School aus verschiedenen Gründen hochinteressant: Ich konnte mich nicht nur mit internationalen Kollegen zu neuen Forschungerkenntnissen im Bereich der Skyrmione austauschen, sondern auch etwas über andere Themen, die die Forschungsmaterie der Topologie berühren, erfahren.  Der Doktorand ist an der Bonn Cologne Graduate School for Physics and Astronomy eingeschrieben und arbeitet mit Professor Achim Rosch zusammen. Herr Rosch ist Leibnizpreisträger und einer der führenden WissenschaftlerInnen im Forschungsprofilbereich Quantum Matter and Materials an der Uni Köln.

Der Donut und sein Loch
Foto: Fotolia.com

Jan erklärt: Topologie ist ein mathematisches Konzept, welches, grob gesagt, geometrische Objekte entsprechend ihrer Anzahl an Knoten klassifiziert. Ein typisches Beispiel sind der Ball und der Donut: Das Loch in der Mitte der Donuts unterscheidet diesen topologisch vom Ball, da man das eine Objekt nicht zu den Anderen deformieren kann, ohne das Loch zu schließen. Das Loch in diesem Beispiel ist der "Knoten" des Donuts. In den letzten Jahren ist dieses Konzept der glatten Transformationen in der Physik in der kondensierten Materie angekommen. Die Hoffnung ist, dass die Stabilität eines solchen Knotens, wobei ein "Knoten" auch eine abstraktere Eigenschaft sein kann, bestimmte Zustände der Materie schützt. Diese extrem stabilen Zustände könnten dann genutzt werden, um Speichermedien mit gigantischen Kapazitäten zu entwickeln, da die Bits auf minimaler Größe stabilisiert werden könnten.

Die Spring School

Die Spring School in Jülich deckte ein interdisziplinäres Sprektrum ab, angefangen bei theoretischen und experimentellen Grundlagen der topologischen Physik bis hin zu neuen analytischen Methoden oder aktuellen Forschungsergebnissen und Projekten. Mehr als 30 Experten aus Jülich, Köln, Aachen und anderen deutschen und internationalen Forschungsinstitutionen haben über 50 Stunden Vorlesungen zum Thema während der Spring School gehalten. Komplettiert wurde das Programm durch Campus Touren, die jungen AkademikerInnen einen Einblick in die experimentellen Räumlichkeiten, Labore und Computerumgebungen von verwandten wissenschaftlichen Disziplinen am Forschungszentrum Jülich gewährt haben.

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  • Forschungszentrum Jülich, Foto: Micha Hölzle
  • 290 internationale NachwuchswissenschaftlerInnen erforschten zur Spring School 2017 das Feld der Topologie in Jülich. Foto: Micha Hölzle
  • Gute Stimmung auch in den Pausen bei der Spring School 2017 in Jülich. Foto: Micha Hölzle
  • Der Campus des Forschungszentrums Jülich. Foto: Micha Hölzle
Der aktuelle Stand in der topologischen Forschung

Laut Professor Blügel deckte die Spring School alle relevanten Themen der Topologie ab: “Es ist noch ein relativ junges Thema und kein elementarer Teil in der Ausbildung unserer Studierenden. Die Spring School legte deshalb wert auf eine Einführung in die Grundprinzipien des Feldes, stellte das Feld der topologischen Materie und Skyrmionen vor, um die nächste Generation in die Lage zu versetzen, neue exotische Konzepte und Phänomene wie die Majorana Fermionen Null Mode oder topologisches Quantencomputing zu studieren und zu realisieren. Profesor Yoichi Ando von der Uni Köln ist Spitzenforscher auf dem Gebiet der Topologie. Der mit dem ERC Grant ausgezeichnete Topwissenschaftler spezialisiert sich auf die Untersuchung von topologischen Isolatoren. Diese sollen zur Revolutionierung der IT in der Zukunft beitragen. „Die Universität hat ein ganz neues Gebäude für diese Forschung errichtet und hat kapazitär aufgerüstet, so dass wir hier hervorragende Voraussetzungen vorfinden, um einen wichtigen Beitrag zur IT von morgen leisten zu können“, erklärt Professor Ando.

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Professor Yoichi Ando (li.) von der Uni Köln im Gespräch mit Professor Stefan Blügel (re.) vom Forschungszentrum Jülich. Foto: Micha Hölzle Foto: Micha Hölzle


Allianz der Spitzenforschung
Professor Simon Trebst erklärt seine Forschung einem Spring School Teilnehmer. Foto: Micha Hölzle

Mit unseren Jülicher Kollegen am Peter-Grünberg-Institut arbeiten wir eng im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 1238 “Control and Dynamics of Quantum Materials” zusammen. Hier stehen Materialien im Mittelpunkt, deren besondere Eigenschaften sich durch das Wechselspiel von Spin-Bahn-Kopplung, elektronischen Korrelationen und Topologie ergeben. Dazu gehören etwa die topologische Supraleitung oder die Formation von Spinflüssigkeiten. Die Kooperation zwischen Jülich und Köln geht weit über die im Frühjahr organisierte Spring School hinaus”, erklärt Simon Trebst, Professor am Institut für Theoretische Physik in Köln.“

Also eine bewährte Forschungsallianz, von der wir wahrscheinlich in der Zukunft alle profitieren werden.