N. N.

  • Retired professors
  • Postanschrift:
    Karlsruher Institut für Technologie
    Physikalisches Institut
    Postfach 6980
    D-76049 Karlsruhe

AG Weiß: Atomares Tunneln

Rastertunnelmikroskpische Aufnahme eines einzelnen P-AtomsTunneln von Atomen oder kleinen Atomgruppen spielt eine große Rolle für die Eigenschaften strukturell fehlgeordneter, insbesondere amorpher Festkörper bei tiefen Temperaturen. 

Die zusätzlichen atomaren Freiheitsgrade bewirken u.a. eine erhöhte spezifische Wärme, die z.B. in Gläsern bei T = 10 mK den Beitrag der Gitterschwingungen um drei Größenordnungen übertrifft.

Die Dynamik solcher Tunnelsysteme in dielektrischen und metallischen Gläsern wird in unserer Arbeitsgruppe mit Ultraschallmessungen (Frequenzen bis 1 GHz) und mit dielektrischen Messungen untersucht.

OH<sup>-</sup>-Ionen beim TunnelnDie mikroskopische Natur der Tunnelsysteme ist allerdings oft unbekannt. Systeme mit Modellcharakter sind gewisse Defekte in kristallinen Alkalihalogeniden, z.B. Li oder OH--Ionen in KCl.

An solchen Kristallen werden akustische Messungen mit Biege- und Torsionsschwingungen durchgeführt.

LeitwertsprüngeSprünge einzelner Atome können auch im elektrischen Leitwert metallischer Proben mit sehr kleinen Abmessungen beobachtet werden.

Der Leitwert springt dabei statistisch mit der Zeit zwischen zwei Werten, deren Unterschied in der Größenordnung des Leitwertquantums e2/h liegt.

Wir konnten zeigen, daß sich das zeitliche Verhalten der Sprünge durch eine mechanische Verzerrung der Probe manipulieren lässt.

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AG Weiß: Benetzungsverhalten leichter Edelgase

Herstellung dünner Schichten

Festkörper mit großer struktureller Unordnung und im extremen Nichtgleichgewicht können besonders gut durch Kondensation aus der Gasphase bei tiefen Temperaturen hergestellt werden.

Für die Erforschung der Tunnelsysteme sind diese amorphen Festkörper sehr interessant, da sich der Grad ihrer strukturellen Unordnung durch Tempern in weiten Bereichen ändern lässt.

Es stellt sich weiterhin heraus, daß feste Edelgase andere Substanzen im Allgemeinen nicht benetzen, also keine glatten Schichten ausbilden.

Als Folge davon zieht sich ein abschreckend kondensierter, zunächst glatter Film allmählich zu kleinen Inseln zusammen.

Zur Zeit untersuchen wir insbesondere dünne Schichten aus molekularem Wasserstoff. Die strukturelle Umlagerung findet bei Temperaturen um 3 Kelvin auf einer Zeitskala von Stunden statt.

In unserem Experiment mit akustischen Oberflächenwellen können wir die Entstehung der Kristallite verfolgen, da sie sich wie kleine Oszillatoren verhalten mit Resonanzfrequenzen von einigen hundert MHz.

Die Messungen zeigen beträchtliche Unterschiede für die drei Isotope H2, HD und D2 und demonstrieren damit den entscheidenden Einfluss quantenmechanischer Effekte auf den Transportmechanismus.

→ weiterführende Literatur

Publications: Group Weiß


2021
Acoustic properties of metallic glasses at low temperatures: Tunneling systems and their dephasing
Meißner, A.; Voigtländer, T.; Meißner, S. M.; Kühn, U.; Schneider, S.; Shnirman, A.; Weiss, G.
2021. Physical Review B, 103 (22), 224209. doi:10.1103/PhysRevB.103.224209
2020
Resolving the positions of defects in superconducting quantum bits
Bilmes, A.; Megrant, A.; Klimov, P.; Weiss, G.; Martinis, J. M.; Ustinov, A. V.; Lisenfeld, J.
2020. Scientific reports, 10 (1), Art. Nr.: 3090. doi:10.1038/s41598-020-59749-yFull textFull text of the publication as PDF document
2019
Dynamical decoupling of quantum two-level systems by coherent multiple Landau–Zener transitions
Matityahu, S.; Schmidt, H.; Bilmes, A.; Shnirman, A.; Weiss, G.; Ustinov, A. V.; Schechter, M.; Lisenfeld, J.
2019. npj Quantum information, 5 (1), Art. Nr.: 114. doi:10.1038/s41534-019-0228-xFull textFull text of the publication as PDF document
Electric field spectroscopy of material defects in transmon qubits
Lisenfeld, J.; Bilmes, A.; Megrant, A.; Barends, R.; Kelly, J.; Klimov, P.; Weiss, G.; Martinis, J. M.; Ustinov, A. V.
2019. npj Quantum information, 5 (1), Article: 105. doi:10.1038/s41534-019-0224-1Full textFull text of the publication as PDF document
Resolving the positions of parasitic defects in superconducting qubits
Bilmes, A.; Magrant, A.; Kelly, J.; Barends, R.; Martinis, J. M.; Weiss, G.; Ustinov, A. V.; Lisenfeld, J.
2019. Physikertagung Münster 1984 : gemeinsam mit d. Frühjahrstagung Münster 1984 d. Arbeitskreises Festkörperphysik bei d. DPG (AKF 2019), Regensburg, Germany, March 31–April 5, 2019 
Tuning decoherence sources in transmon qubits by electric fields
Lisenfeld, J.; Bilmes, A.; Weiss, G.; Barends, R.; Megrant, A.; Kelly, J.; Martins, J. M.; Ustinov, A. V.
2019. Physikertagung Münster 1984 : gemeinsam mit d. Frühjahrstagung Münster 1984 d. Arbeitskreises Festkörperphysik bei d. DPG (AKF 2019), Regensburg, Germany, March 31–April 5, 2019 
2018
Probing individual tunneling fluctuators with coherently controlled tunneling systems
Meißner, S. M.; Seiler, A.; Lisenfeld, J.; Ustinov, A. V.; Weiss, G.
2018. Physical review / B, 97 (18), Art.-Nr.: 180505. doi:10.1103/PhysRevB.97.180505
Superconducting resonators for the study of two-level systems
Schmidt, H.; Bilmes, A.; Brehm, J.; Matityahu, S.; Schechter, M.; Shnirman, A.; Weiss, G.; Ustinov, A. V.; Lisenfeld, J.
2018. DPG-Frühjahrstagung der Sektion Kondensierte Materie gemeinsam mit der EPS, Fachverband Tiefe Temperaturen (2018), Berlin, Germany, March 11–16, 2018 
Spectroscopy of two-level-systems in an Xmon Qubit
Bilmes, A.; Weiss, G.; Ustinov, A. V.; Lisenfeld, J.
2018. DPG-Frühjahrstagung der Sektion Kondensierte Materie gemeinsam mit der EPS, Fachverband Tiefe Temperaturen (2018), Berlin, Germany, March 11–16, 2018 
Thin-film piezoelectric ZnO transducers for studies of tunneling systems in disordered materials with ultrasonic waves
Gullasch, A.; Meissner, S. M.; Seiler, A.; Weiss, G.
2018. DPG-Frühjahrstagung der Sektion Kondensierte Materie gemeinsam mit der EPS, Fachverband Tiefe Temperaturen (2018), Berlin, Germany, March 11–16, 2018 
Interaction of electrons with atomic tunneling in a Zr-based superconducting metallic glass
Seiler, A.; Meissner, S. M.; Weiss, G.
2018. DPG-Frühjahrstagung der Sektion Kondensierte Materie gemeinsam mit der EPS, Fachverband Tiefe Temperaturen (2018), Berlin, Germany, March 11–16, 2018 
Dielectric measurements of the dynamics of atomic tunneling systems in thin-film AlOₓ
Meissner, S. M.; Seiler, A.; Weiss, G.
2018. DPG-Frühjahrstagung der Sektion Kondensierte Materie gemeinsam mit der EPS, Fachverband Tiefe Temperaturen (2018), Berlin, Germany, March 11–16, 2018 
2017
Transmission-line resonators for the study of individual two-level tunneling systems
Brehm, J. D.; Bilmes, A.; Weiss, G.; Ustinov, A. V.; Lisenfeld, J.
2017. Applied physics letters, 111 (11), Art. Nr. 112601. doi:10.1063/1.5001920
Electronic Decoherence of Two-Level Systems in a Josephson Junction
Bilmes, A.; Zanker, S.; Heimes, A.; Marthaler, M.; Schön, G.; Weiss, G.; Ustinov, A. V.; Lisenfeld, J.
2017. Physical review / B, 96 (6), Art. Nr. 064504. doi:10.1103/PhysRevB.96.064504
Rabi noise spectroscopy of individual two-level tunneling defects
Matityahu, S.; Lisenfeld, J.; Bilmes, A.; Shnirman, A.; Weiss, G.; Ustinov, A. V.; Schechter, M.
2017. Physical review / B, 95 (24), Art. Nr. 241409. doi:10.1103/PhysRevB.95.241409
2016
Decoherence spectroscopy with individual two-level tunneling defects
Lisenfeld, J.; Bilmes, A.; Matityahu, S.; Zanker, S.; Marthaler, M.; Schechter, M.; Schön, G.; Shnirman, A.; Weiss, G.; Ustinov, A. V.
2016. Scientific Reports, 6, 23786. doi:10.1038/srep23786Full textFull text of the publication as PDF document
2015
Probing the density of states of two-level tunneling systems in silicon oxide films using superconducting lumped element resonators
Skacel, S. T.; Kaiser, C.; Wuensch, S.; Rotzinger, H.; Lukashenko, A.; Jerger, M.; Weiss, G.; Siegel, M.; Ustinov, A. V.
2015. Applied Physics Letters, 106 (2), 022603. doi:10.1063/1.4905149
Observation of directly interacting coherent two-level systems in an amorphous material
Lisenfeld, J.; Grabovskij, G.; Müller, C.; Cole, J.; Weiss, G.; Ustinov, A. V.
2015. Nature Communications, 6, 6182/1–6. doi:10.1038/ncomms7182Full textFull text of the publication as PDF document
2012
Strain tuning of individual atomic tunneling systems detected by a superconducting qubit
Grabovskij, G. J.; Peichl, T.; Lisenfeld, J.; Weiss, G.; Ustinov, A. V.
2012. Science, 338 (6104), 232–234. doi:10.1126/science.1226487
2011
Low temperature vibrating reed measurements of Zr based metallic glasses
Adler, C.; Mohr, W.; Peichl, T.; Weiss, G.
2011. Chinese Journal of Physics, 49 (1), 429–434 
2009
Low temperature magnetoresistance measurements on bismuth nanowire arrays
Kaiser, C.; Weiss, G.; Cornelius, T. W.; Toimil-Molares, M. E.; Neumann, R.
2009. Journal of physics / Condensed matter, 21 (20), 205301. doi:10.1088/0953-8984/21/20/205301
2007
Low Temperature Magnetoresistance Measurements on Bismuth Nanowire Arrays
Kaiser, C.; Weiss, G.; Cornelius, T.; Toimil-Molares, M. E.; Neumann, R.
2007. 71. Jahrestagung der DPG und DPG-Frühjahrstagung des Arbeitskreises Festkörperphysik (AKF), Regensburg, Deutschland, 26. – 30.03.2007 
Magnetic field dependence of a capacitance temperature sensor
Kiefer, K.; Haueisen, R.; Weiss, G.
2007. Journal of Low Temperature Physics, 147 (3-4), 517–524. doi:10.1007/s10909-007-9322-0
2004
Electron-assisted relaxation of tunneling systems in poly-crystalline aluminium
Weiss, G.; Haust, J.; Burst, M.; Haueisen, R.
2004. Physica status solidi / C, 1, 2929 
Low temperature acoustic properties of poly-crystalline aluminium
Haust, J.; Burst, M.; Haueisen, R.; Weiss, G.
2004. Journal of low temperature physics, 137, 523–533. doi:10.1023/B:JOLT.0000049069.10616.0d
2003
Observation of non-Gaussian conductance fluctuations at low temperatures in Si:P(B) at the metal-insulator transition
Kar, S.; Raychaudhuri, A. K.; Ghosh, A.; Loehneysen, H. v.; Weiss, G.
2003. Physical review letters, 91 (21), 216603–1/4 
2001
Mechanically controlled tunneling of a single atomic defect
Brouer, S.; Weiss, G.; Weber, H. B.
2001. Europhysics letters, 54 (5), 654–660. doi:10.1209/epl/i2001-00342-y
2000
Influence of strain on conductance fluctuations in Bi-nanowires
Weiss, G.; Brouer, S.
2000. Physica B 284/288 (2000) S. 1736-1737 
Magnetic field dependent tunneling in glasses
Strehlow, P.; Wohlfahrt, M.; Jansen, A. G. M.; Haueisen, R.; Weiss, G.; Enss, C.; Hunklinger, S.
2000. Phys. rev. let. 84 (2000) S. 1938-1941 
1999
Sound velocity and internal friction of Li-doped KCl
Weiss, G.; Huebner, M.; Enss, C.
1999. Physica B 263/264 (1999) S. 388-391 
1998
Ultrasonic measurements on quench-condensed noble gas films
Weiss, G.; Eschenroeder, K.; Classen, J.; Hunklinger, S.
1998. J. of low temp. phys. 111 (1998) S. 321-326 
Heat release of quench-condensed hydrogen films
Eschenroeder, K.; Nordmeyer, T.; Oser, R.; Sohn, M.; Weiss, G.
1998. J. of low temp. phys. 113 (1998) S. 89-99 
Ultrasonic study of the ordering of ortho-hydrogen in quench-condensed films
Eschenroeder, K.; Weiss, G.
1998. J. of low temp. phys. 111 (1998) S. 407-412 
1997
Elastic low temperature anomalies of solid hydrogen crystallites
Eschenroeder, K.; Kiefhaber, H.; Weiss, G.; Classen, J.
1997. J. of low temp. phys. 109 (1997) S. 163-181 
Similarities and differences between the low-temperature acoustic properties of crystalline materials and glasses
Classen, J.; Huebner, M.; Enss, C.; Weiss, G.; Hunklinger, S.
1997. Phys. rev. B 56 (1997) S. 8012-8020 
1996
Anomalous elastic properties of quench-condensed hydrogen films
Weiss, G.; Eschenroeder, K.; Classen, J.
1996. Czech. j. of phys. 46 (1996) Suppl. S1 S. 527-528 
Vibrating reed experiments on compacted vitreous silica
Weiss, G.; Daum, A.; Sohn, M.; Arndt, J.
1996. Physica B 219/220 (1996) S. 290-292 
Acoustic properties of crystals at very low temperatures - comparison with glasses
Weiss, G.; Huebner, M.; Classen, J.; Enss, C.; Hunklinger, S.
1996. Physica B 219/220 (1996) S. 305-307 
STM-study of triangular defect structures induced on WSe2
Enss, C.; Winters, R.; Reinermann, M.; Weiss, G.; Hunklinger, S.; Lux-Steiner, M.
1996. Z. f. Phys. B 99 (1996) S. 561-566 
Structural relaxation and surface diffusion of quench-condensed hydrogen films
Classen, J.; Eschenroeder, K.; Weiss, G.
1996. Physica B 219/220 (1996) S. 678-680 
1995
Measurements of the piezoelectricity of films with scanning tunneling microscopy
Winters, R.; Reinermann, M.; Enss, C.; Weiss, G.; Hunklinger, S.
1995. J. of vac. sci. and technol. B 13 (1995) S. 1316-1319 
Ultraschallexperimente an Gläsern
Weiss, G.; Hunklinger, S.
1995. In: Spektroskopie amorpher und kristalliner Festkörper. Hrsg.: D. Haarer. Darmstadt 1995. S. 435-450 
Isotope effect of pairs of coupled tunneling systems
Weis, R.; Enss, C.; Leinboeck, B.; Weiss, G.; Hunklinger, S.
1995. Phys. rev. let. 75 (1995) S. 2220-2223 
Brillouin scattering of vitreous silica under high pressure
Rau, S.; Baessler, S.; Kasper, G.; Weiss, G.; Hunklinger, S.
1995. Ann. d. Phys. 4 (1995) S. 91-98 
Low-temperature specific heat of compacted vitreous silica
Liu, X.; Loehneysen, H. v.; Weiss, G.; Arndt, J.
1995. Z. f. Phys. B 99 (1995) S. 49-55 
Resonant scattering of surface acoustic waves by hydrogen crystallites
Classen, J.; Eschenroeder, K.; Weiss, G.
1995. Phys. rev. B 52 (1995) S. 11475-11487 
Surface self-diffusion of quench condensed hydrogen films
Classen, J.; Eschenroeder, K.; Weiss, G.
1995. Ann. d. Phys. 4 (1995) S. 1-8 
1994
Two Distinct Classes of Tunneling States in CN- doped KBr
Weiss, G.; Enss, C.; Schwörer, H.; Arndt, D.; Schickfus, M. v.
1994. Europhysics Letters, 26 (4), 289–294 
Ultrasound absorption of Ausub(x)Snsub(1-x) films
Weiss, G.; Chen, J. W.; Penselin, M.; Hunklinger, S.
1994. Physica B 194/196 (1994) S. 425-426 
Dielectric measurements on Li+ doped KCl
Tornow, M.; Weis, R.; Weiss, G.; Enss, C.; Hunklinger, S.
1994. Physica B 194/196 (1994) S. 1063-1064 
Two distinct classed of tunneling states in CN--doped KBr
Enss, C.; Schwoerer, H.; Arndt, D.; Schickfus, M. von; Weiss, G.
1994. Europhys. let. 26 (1994) S. 289-294 
Brillouin scattering of compacted vitreous silica
Döring, K.; Rau, S.; Weiss, G.; Arndt, J.; Hunklinger, S.
1994. Phys. let. A 184 (1994) S. 464-466 
Low frequency acoustic and dielectric measurements on glasses
Classen, J.; Enss, C.; Bechinger, C.; Weiss, G.; Hunklinger, S.
1994. Ann. d. Phys. 3 (1994) S. 315-335 
1993
Brillouin scattering of vitreous silica under high pressure
Weiss, G.; Doering, K.; Ehrenfels, R.; Rau, S.; Hunklinger, S.
1993. In: Phonon scattering in condensed matter VII. Ed.: M. Meissner. Berlin 1993. S. 271-272. (Springer series in solid-state sciences. 112.) 
Vibrating reed experiments on glasses - new problems
Classen, J.; Weiss, G.
1993. In: Phonon scattering in condensed matter VII. Ed.: M. Meissner. Berlin 1993. S. 275-276. (Springer series in solid-state sciences. 112.) 
1992
Low temperature ultrasonic properties of vapour condensed films of argon-xenon mixtures
Hornig, L.; Doettling, B.; Weiss, G.; Hunklinger, S.; Baumann, F.
1992. Z. f. Phys. B 86 (1992) S. 217-223