Forschung: Neuartige Sensoren basierend auf topologischen Eigenschaften dissipativer Systeme

Das Energiespektrum abgeschlossener Quantensysteme reagiert stets kontinuierlich auf kleine Veränderungen in Systemparametern. Im Gegensatz dazu können in offenen, dissipativen Systemen kleine Störungen einen drastischen Effekt haben, bis hin zu einer exponentiellen Verstärkung der Verschiebung von Energieniveaus mit der Systemgröße.

Forscher an der TU Dresden sowie der Universität Stockholm haben nun einen Weg gefunden diese bemerkenswerte Empfindlichkeit zur Entwicklung neuer Sensoren nutzbar zu machen. Als besonders wichtig erweisen sich hierbei topologische Eigenschaften, welche nicht nur einzigartig für dissipative Systeme sind sondern auch die genannte exponentielle Verstärkung erst zu einem gegenüber ungewollten Störungen stabilen Phänomen machen. Dadurch wird Dissipation von einer unerwünschten Begleiterscheinung, welche mit Reibungsverlusten und Dekohärenz konnotiert ist, zu einer zentralen Ressource für zukünftige Messgeräte erhoben. Mögliche Anwendungsgebiete dieser Entdeckung reichen von optischen und mechanischen Metamaterialien bis hin zu atomaren und elektronischen Quanten-Vielteilchensystemen.

Jan Carl Budich and Emil J. Bergholtz,
Non-Hermitian Topological Sensors,
Phys. Rev. Lett. 125, 180403 (2020) (arXiv)