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Materie als Quantenfluss verbessert Computersimulation

 Bild: APA (C. Lackner) © Bild: APA (C. Lackner)

In der Festkörperphysik ist es üblich, die Quantennatur der Strahlung zu vernachlässigen. In anderen Teilbereichen der Physik wie der Quantenoptik kann dies jedoch zu falschen oder zumindest ungenauen Vorhersagen führen. Hier soll die neuartige Simulationsmethode nun Abhilfe schaffen.

Da die Anzahl der Teilchen den Rechenaufwand schnell explodieren lässt, war es auch bisher schon üblich, derartige Systeme als geladene Flüssigkeiten zu beschreiben. "Uns ist es nun gelungen, diesen Ansatz um die Quantisierung der Strahlung zu erweitern", erklärt Michael Ruggenthaler vom Institut für Theoretische Physik der Universität Innsbruck. "Wir betrachten die Materie nun als eine Art Quantenflüssigkeit, deren Fließeigenschaften durch die Photonen beeinflusst werden."

Der Vorteil der neuen Methode ist, dass sie nach oben skalierbar ist. Sie sollte also auch für komplexere Systeme mit einer großen Anzahl von Teilchen funktionieren. Im Speziellen haben es die Forscher etwa auf die Simulation sogenannter Nanoschalter abgesehen, also einzelne Moleküle, die unter Bestrahlung ihre elektrische Leitfähigkeit verändern. Laut Ruggenthaler könnte die neue Methode jedoch auch zur Vertiefung unseres Verständnisses der Photosynthese oder zur Weiterentwicklung von Photovoltaiksystemen eingesetzt werden.

Service: http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1518224112

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