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 Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin
23.01.2017 | Ferdinand-Braun-Institut Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik

nachricht Einblicke ins Atom
23.01.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

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: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

23.01.2017 | Physik Astronomie

Vom Feld in die Schule: Aktuelle Forschung zu moderner Landwirtschaft für den Unterricht

23.01.2017 | Bildung Wissenschaft

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungsnachrichten