"Nehmen wir an, die Kuh ist eine Kugel" – was zum Schmunzeln anregt, ist tatsächlich physikalisches Programm: Oft macht erst die Vereinfachung tiefer liegende Gesetzmäßigkeiten sichtbar. Auch Immanuel Bloch vom Max Planck Institut für Quantenoptik in Garching und seine Kollegen von der Universität Mainz folgten diesem Prinzip, als sie eines der spektakulärsten elektronischen Phänomene untersuchten: den schlagartigen Verlust der Leitfähigkeit eines Festkörpers.

Aus Licht und ultrakalten Kalium-Atomen erschufen die Forscher zunächst einen künstlichen Kristall. Darin entsprachen die Knotenpunkte kreuzweise überlagerter stehender Laserwellen den Atomrümpfen. Die anschließend in das optische Gitter eingespeisten Kalium-Atome übernahmen die Rolle beweglicher Elektronen. Ein solcher Kristall ist frei von störenden Nebeneffekten durch Gitterfehler oder weit reichende Coulomb-Wirkungen, die bei natürlichen Festkörpern auftreten.

An diesem Modell untersuchten die Forscher nun den bislang nur theoretisch beschriebenen Übergang zwischen leitendem und isolierendem Zustand. Demnach wird ein Leiter zum "Mott-Isolator", wenn Elektronen sich im Gitter abstoßen, was sich wie eine Erhöhung der Potenzialwälle zwischen den Atomrümpfen auswirkt. Sind die Barrieren hoch genug, geht die Leitfähigkeit verloren, weil die Elektronen in den Potenzialtöpfen gefangen bleiben. Bei Druckanstieg können sie allerdings aus den Mulden herausgepresst werden, und das Material wird schlagartig wieder leitend.

Die Versuchsanordnung ermöglichte die Untersuchung des Übergangs zwischen Leiter und Isolator, während Atomdichte und Wechselwirkungsstärke unabhängig voneinander variiert wurden. So ließ sich die Theorie des Mott-Isolators erstmals experimentell verifizieren. Das Ergebnis trägt zum grundlegenden Verständnis der Festkörperphysik und möglicherweise der damit eng verbundenen Hochtemperatursupraleitung bei.

Vera Spillner