Die Gewinner der SPG Preise 2006

Das SPG Preiskomitee, unter dem Vorsitz von Prof. Piero Martinoli (Uni Neuchâtel), hat wieder einmal erfolgreich drei junge PhysikerInnen für ihre grossartige Arbeit nominiert. Dies wären wie folgt:

 

SPG Preis in Allgemeiner Physik, gesponsert von ABB

Christian Rüegg ist gebürtiger Schweizer. Er studierte an der ETH Zürich, wo er 2001 sein Diplom in Physik mit Auszeichnung erhielt. Seine Doktorarbeit machte er am Labor für Neutronenstreuung der ETH Zürich und des Paul Scherrer Institutes unter der Aufsicht von Prof. Albert Furrer, worauf er 2005 sein PhD erhielt. Zurzeit hält er sich in London auf, wo er am Zentrum für Nanotechnologie der Universität und am Imperial College als Post-doc arbeitet. In seiner Arbeit benutzte er inelastische Neutronenstreuungstechniken, um das reichhaltige Tief-Temperatur-Phasendiagramm von Quantenmagnetischen Systemen zu untersuchen. Er tat dies, indem er ihre Energie mit einem magnetischen Feld abstimmte. Dabei entdeckte er eine Vielfalt an neuartigen physikalischen Phänomenen, insbesondere eine geordnete Phase, die am besten durch eine Bose-Einstein Kondensation von magnetischen Quasipartikeln beschrieben werden kann.

Investigation and Characterization of the Excitation Spectrum and the Field-, Pressure- and Doping-Induced Quantum Phase Transitions in Quantum Spin Systems

Quantum magnetic systems have in recent years offered diverse opportunities for the study of a broad range of novel physical phenomena including BEC of magnons, Bose-glasses, resonating valence-bond phases and Luttinger-liquid regimes [1]. A possible starting point is hereby a spin Hamiltonian with a quantum-disorder ground-state and gapped singlet-triplet excitations, e.g. Hal­dane, ladder or dimer spin systems. Tuning the spin-gap energy by a magnetic field, hydrostatic pressure or composition results in rich low-temperature phase diagrams, which can be investigated by inelastic neutron scattering (INS) [2]. A magnetic field tunes TlCuCl3 through a quantum critical point (QCP) to an ordered phase, which consists of a mixture of triplet states into the sea of non-magnetic singlets and is best described by a BEC of magnetic quasi-particles. Related to the nature of this novel ground-state for solid-state systems, TlCuCl3 above the field-induced transition shows a very characteristic excitation spectrum, which could be observe for the first time. In contrast, the closely related compound NH4CuCl3 surprisingly features distinct plateaus at fractional values of the magnetic saturation. The microscopic origin of such unconventional behaviour is revealed also by INS in high magnetic fields. The fundamental difference between the two classes of magnetic insulators, which include many other systems currently under investigation, can be understood in analogy with phase transitions observed in ultra-cold atomic gases and electronic conductors [1]. A pressure-induced QCP could additionally be achieved in TlCuCl3 and was investigated in detail by measuring the elementary excitations across the transition. In consequence of these recent studies, the concept of magnetic order as known since a long time needs to be extended by a new class of magnetically ordered phases occurring beyond a quantum phase transition at the lowest temperatures - an exciting topic of current research in solid state physics.

[1] T. M. Rice, Science 298, 760 (2002).
[2] Ch. Rüegg et al., Nature 423, 62 (2003); Phys. Rev. Lett. 93, 037207 (2004); Phys. Rev. Lett. 93, 257201 (2004); Phys. Rev. Lett. 95, 267201 (2005)

 

SPG Preis in Physik der Kondensierten Materie, gesponsert von IBM

Patrycja Paruch stammt aus Polen. Sie studierte am Physics Harvard College und erhielt 2000 ihren "Bachelor of Arts" mit „magna cum laude“. Ihr PhD erhielt sie 2004 mit einer Doktorarbeit am Département de Physique de la Matière Condensée der Universität Genf, welche sie unter der Aufsicht von Prof. Jean-Marc Triscone machte. Zurzeit arbeitet sie als Post-doc im Labor für Atom- und Festkörperphysik der Cornell Universität. In ihrer Arbeit verwendete sie die Auflösung im Nanometerbereich, die von der Rasterkraftmikroskopie bereitgestellt wurde, um die Dynamik von Ferroelektrischen Bereichen und der dünnen elastischen Wandbereiche zu erforschen, welche diese Bereiche in epitaxische dünne Filme aufteilt und dadurch zu einem tieferen Verständnis des Mechanismus verhilft, welcher den Anschluss und die Ausbreitung der elastischen Gegenstände in gestörten Medien steuert. Dieses ist von großen Wert für die elektromechanische und informationsspeichernde Anwendungen der untersuchten Materialien.

Ferroelectric domain walls as elastic objects in disordered media

Understanding the mechanisms controlling the pinning and propagation of elastic objects in dis­ordered media is important for a wide range of physical systems. We have used the existing theo­retical framework, combined with the nanoscale resolution provided by atomic force microscopy, to investigate the behavior of ferroelectric domains, or regions with opposite polarization, and of the thin elastic “walls” separating these regions from each other in epitaxial perovskite thin films. In these materials, particularly interesting from the point of view of micro-electromechanical applicati­ons and information storage, we have written ultra-high density domain arrays, with feature size as small as 15-20 nm, which remain stable throughout the period of observation (up to 5 months) [1].

In two series of independent experiments carried out on the same samples, we measured the cha­racteristic exponents  ~ 0.25 and µ ~ 0.6 governing static domain wall roughness [2], and the non-linear response (creep) of domain walls when subjected to a small applied force, respectively [3]. These results give rise to a clear physical picture of domain walls in ferroelectrics as elastic sheets in the presence of “random-bond” disorder, and where dipolar interactions play an important role, effectively increasing the dimensionality of the system, in agreement with theoretical predictions.

[1] P. Paruch, T. Tybell and J.-M. Triscone, APL 79, 530 (2001).
[2] P. Paruch, T. Giamarchi and J.-M. Triscone, PRL 94, 197601 (2004)
[3] T. Tybell, P. Paruch, T. Giamarchi and J.-M. Triscone, PRL 89, 097601 (2002)

 

SPG Preis in Angewandter Physik, gesponsert von Unaxis

Giacomo Scalari kommt aus Italien. Er studierte an der Universität Pisa wo er 1999 sein ‚laurea in fisica’ mit den "Noten 108/110" erhielt. Er machte seine Doktorarbeit am ‚Institut de Physique’ der Universität Neuchâtel unter der Aufsicht von Prof. Jérôme Faist und erhielt 2005 sein PhD. Bevor er der mesoskopischen Physikgruppe in Neuchâtel beiwohnte, arbeitete Dr. Scalari an der Entwicklung von innovativer Mikro-Instrumentenausrüstung für die Chirurgie an der Scuola Superiore S.Anna in Pisa. Zurzeit übt er seine Forschungsarbeit als Post-doc in Prof. Faists Gruppe aus. Die Arbeit von Giacomo Scalari führte zur ersten Demonstration eines Quantenkaskadelasers, der auf einem kontinuum-gebundenen Übergang basierte, der bei Terahertz Frequenzen und über der technologisch wichtigen Temperatur des flüssigen Stickstoffes funktioniert. Durch die Untersuchung der Beschränkungseffekte in QCLs, welche durch ein magnetisches Feld hervorgerufen werden, ist es ihm in einer zweiten Reihe der Forschung möglich gewesen, das Zusammenspiel dieser Anordnungen bis zur Wellenlänge von 220µm zu erweitern, die bislang längste.

Magneto-spectroscopy and development of terahertz quantum cascade lasers

The first research line of this work has led to the demonstration of a THz quantum cascade laser based on a bound-to-continuum transition [1]. The device was the first one to operate above the technologically important temperature of liquid nitrogen. A further development of the bound-to-continuum design has led to laser action with high power (50 mW) at different wavelengths (87-130 µm). In the framework of a collaboration, such devices have been employed by Agilent Technolo­gies to demonstrate THz imaging at different wavelengths.

The second research line has been focused on the magneto-spectroscopy study of the THz quan­tum cascade lasers and on the development of devices specially designed for operation in a mag­netic field. With this approach it has been possible to extend the frequency operation of the quan­tum cascade laser down to 1.39 THz (220 µm wavelength), the lowest demonstrated to-date. The confinement induced by the magnetic field radically modifies the physics of the system allowing laser action with extremely reduced threshold current densities (less than 1 A/cm2) [2] and leading to the demonstration of a two color THz quantum cascade laser.

[1] G. Scalari, L. Ajili, J. Faist, H. Beere, E. Linfield, D. Ritchie, and G. Davies, “Far-infrared (λ= 87 µm) bound-to-continuum quantum-cascade lasers operating up to 90 K”, Appl. Phys. Lett., vol. 82, no. 19, pp. 3165-3167 (2003).
[2] G. Scalari, S. Blaser, J. Faist, H. Beere, E. Linfield, D. Ritchie, and G. Davies, “Terahertz emission from quantum cascade lasers in the quantum Hall regime: evidence for many body resonances and localization effects”, Phys. Rev. Lett.,vol. 93, pp. 237403-1,237403-4


Die drei Preisträger: G. Scalari, P. Paruch und C. Rüegg