Physiker haben entdeckt, dass der elektrische Widerstand, der durch Kollisionen zwischen Elektronen entsteht, eine Obergrenze hat – eine Erkenntnis, die die mikroskopischen Ursprünge des Widerstands beleuchtet und für künftige Quantenmaterialien von Bedeutung sein könnte.
Ein Team der University of Toronto, der École Normale Supérieure in Paris und der Lehigh University kühlte Kaliumatome auf nahe den absoluten Nullpunkt ab und hielt sie in einem optischen Gitter fest – einem Lichtgitter, das die Atome wie Elektronen in einem Festkörper verhält. Erhöhte man die Kollisionsrate zwischen den Atomen, stieg der Widerstand des Systems – aber nur bis zu einem gewissen Punkt: Jenseits einer kritischen Wechselwirkungsstärke hörte der Widerstand auf zu steigen und sättigte sich.
Die Experimente offenbarten eine Quantenverstärkung der effektiven Atomgröße, die Kollisionen auf jeder Gitterstelle weit wahrscheinlicher machte – 'die Atome, die nur wenige Nanometer groß sind, stoßen aneinander, als wären sie viel größer', sagte der leitende Autor Joseph Thywissen. Die Sättigung legt nahe, dass der Widerstandsanstieg durch Elektron-Elektron-Streuung in einem Metall ähnlich begrenzt ist.
'Unsere Ergebnisse liefern ein klares mikroskopisches Verständnis des Widerstands in Metallen mit niedriger Dichte und öffnen die Tür für neue Studien stark korrelierter atomarer Systeme und Quantenmaterialien', sagte Thywissen. Die Ergebnisse wurden in Physical Review Letters veröffentlicht. Widerstand ist nicht nur eine theoretische Kuriosität: Übertragungsleitungen verlieren bis zu acht Prozent der erzeugten elektrischen Energie als Wärme.
