Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

ETH-Forscher haben Energie-Quantisierung an künstlichen Quantenringen untersucht

25.10.2001


Physiker der Gruppe um Klaus Ensslin haben mit Hilfe eines so genannten Rasterkraftmikroskops Ringstrukturen im Nanometerbereich auf Halbleiterbasis hergestellt und daran die Energie-Quantisierung untersucht. Unter dem Titel "Energy spectra of quantum rings" veröffentlichen die ETH-Forscher nun in der "Nature"-Ausgabe vom 25. Oktober Resultate des Projekts, das möglicherweise für die Quanten-Informationsverarbeitung von Bedeutung sein könnte.


Elektrischer Strom in Halbleitern entsteht durch Elektronen, die durch leitende Gebiete flitzen. Beobachtet man solche Elektronen in sehr kleinen Strukturen, so stellt man fest, dass sie sich nicht immer wie Teile verhalten, sondern wie Wellen, ähnlich denen auf einer Wasseroberfläche. Elektronenwellen können sich, ebenso wie Wasser- oder Lichtwellen, überlagern und sich an bestimmten Orten gegenseitig auslöschen oder verstärken - ein Phänomen, das als Interferenz bekannt ist.

Pflanzt sich eine Elektronenwelle in einem ringförmigen Leiter fort, so kann sie auch mit sich selbst interferieren. Nur wenn der Umfang des Rings ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge ist, kann die Welle auf Dauer im Ring existieren und man spricht von einem "quantisierten Energieniveau", ähnlich wie bei den seit langem bekannten Energieniveaus in Atomen und Molekülen. Andreas Fuhrer, Silvia Lüscher, Thomas Ihn und Klaus Ensslin von der ETH Zürich und der kürzlich von der ETH nach Freiburg berufene Thomas Heinzel haben demonstriert, dass man diese Energie-Quantisierung in Ringen, die in der Natur zum Beispiel im ringförmigen Benzolmolekül vorkommt, auch künstlich erzeugen kann, indem man die Elektronen in einer sehr kleinen Halbleiterstruktur, einer sogenannten Nanostruktur, interferieren lässt.


Die Wissenschaftler beobachteten nun den Strom durch den Ring in kleinen Magnetfeldern und konnten so die quantisierten Energien messen und deren Verhalten mit bereits bestehenden Theorien vergleichen. Obwohl diese Theorien in vielen Aspekten bestätigt wurden, werfen die Experimente eine Reihe neuer Fragen auf. Der entscheidende Schritt bei diesem Experiment bestand in der Herstellung sehr kleiner Ringe aus dem Halbleiter Galliumarsenid. Dabei wird durch lokale Oxidation der Halbleiteroberfläche eine elektrisch leitende Ringstruktur mit einem Radius von 1/10.000tel Millimeter erzeugt. Zum Vergleich: etwa 100 solcher Ringe passen auf die Breite eines menschlichen Haares. Zur lokalen Oxidation verwendeten die Wissenschaftler ein so genanntes Rasterkraft-Mikroskop, mit dem Strukturen bis zur Größe atomarer Dimensionen abgebildet werden können. Da Galliumarsenid häufig zur Produktion von kommerziellen Mikrochips, beispielsweise in Handys, verwendet wird, enthält dieses Experiment auch einen technologischen Aspekt: Die sehr kleinen Chips der Zukunft werden, völlig anders als bisher, nicht mehr auf der Basis funktionieren, dass Elektronen Teilchen sind, sondern ihre Welleneigenschaften nutzen.

Kontaktperson:
Prof. Dr. Klaus Ensslin
Laboratorium für Festkörperphysik
Tel. +41 (0)1-633 22 09
Fax +41 (0)1-633 11 46
E-Mail: ensslin@phys.ethz.ch

Beatrice Huber | idw
Weitere Informationen:
http://www.cc.ethz.ch/medieninfo

Weitere Berichte zu: ETH-Forscher Energie-Quantisierung Galliumarsenid

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Planeten außerhalb unseres Sonnensystems: Bayreuther Forscher dringen tief ins Weltall vor
23.02.2017 | Universität Bayreuth

nachricht Kühler Zwerg und die sieben Planeten
23.02.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie