Entdeckung spontaner Separation von nicht-ganzzahligen Ladungen

Partikel mit nicht-ganzzahligen Ladungen sind in Form von Quarks am besten aus der Hochenergiephysik bekannt. Ungewöhnliche Quasipartikel mit fraktionalen Ladungen können aber auch bei niedrigerer Energie in kondensierter Materie auftreten, wie z.B. beim fraktionalen Quanten Hall Effekt. Es ist jedoch immer schwierig die fraktionalen Ladungen in isolierter Form zu finden, da sie typischerweise stark gebunden sind. Normalerweise werden daher nur ganzzahlige Ladungen beobachtet. 

Wissenschaftler von der TU Kaiserslautern haben nun herausgefunden, dass sich die Situation drastisch ändert, wenn scharfe Kanten in einem System von wechselwirkenden Bosonen auf einem Kagome-Gitter vorhanden sind. Numerische und analytische Rechnungen zeigen, dass in diesem System fraktionale Ladungen spontan auftauchen und sich zu unterschiedlichen Kanten bewegen. Diese Entdeckung eröffnet somit neue Möglichkeiten diese exotischen Anregungen direkt zu beobachten, beispielsweise in hochaufgelösten Aufnahmen von optischen Gittern.

Die Untersuchungen wurden kürzlich in der hochangesehenen Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht:
Chiral Edge States and Fractional Charge Separation in a System of Interacting Bosons on a Kagome Lattice
Xue-Feng Zhang and Sebastian Eggert
Phys. Rev. Lett. 111, 147201 (2013)

Ermöglicht wurden die Untersuchungen von der ‘‘Allianz für Hochleistungsrechnen Rheinland-Pfalz’’, von Rechenkapazitäten am Institute of Theoretical Physics der Chinese Academy of Sciences und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im SFB/Transregio 49.