Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Forscher visualisieren Wellen von Elektronen auf der Nanometerskala

27.02.2009
Göttinger Physiker nutzen dazu ein selbstentwickeltes Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskop

Mit einem speziell entwickelten Rastertunnelmikroskop ist es Physikern aus Göttingen, Jülich und Halle gelungen, die durch "Defekte" hervorgerufenen Elektronenwellen in einem Festkörper im Nanometerbereich sichtbar zu machen.

Die Form der beobachteten Muster weist dabei einen Zusammenhang auf zu einer lange bekannten Materialeigenschaft, der Fermi-Fläche. Sie beschreibt die energetischen Zustände von Elektronen eines Metalls und ist für die Anwendung in neuen magnetischen Materialien von Bedeutung. Die Untersuchungen an der Universität Göttingen wurden am IV. Physikalischen Institut im Schwerpunkt Festkörper- und Materialphysik durchgeführt. Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift "Science" vorgestellt.

Die Quantenmechanik beschreibt das Verhalten von Materie im atomaren Bereich und zeichnet sich wesentlich durch den Dualismus von Welle und Teilchen aus. Der Wellencharakter von Elektronen, der maßgeblich die physikalischen Eigenschaften eines Festkörpers bestimmt, ist experimentell jedoch nur schwer sichtbar zu machen. Anders als Wasserwellen, die sich auf der Oberfläche eines Sees nach einem Steinwurf kreisförmig ausbreiten, kann die Ausbreitung von Elektronen als sogenannte Huygensche Elementarwelle sehr komplexe Strukturen annehmen. Ihre Visualisierung auf der Nanometerskala gelang Dr. Alexander Weismann, Dr. Martin Wenderoth und Prof. Dr. Rainer G. Ulbrich zusammen mit Experten des Forschungszentrums Jülich und der Universität Halle-Wittenberg.

Als "Störungen" verwendeten die Forscher einzelne Kobaltatome, die mehrere Lagen unter einer atomar glatten Kupferoberfläche präpariert wurden. An diesen Verunreinigungen werden Elektronen gestreut. Dadurch entsteht ein stehendes Wellenmuster mit langer Reichweite, das mit Hilfe des Göttinger Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskops an der Oberfläche sichtbar gemacht werden konnte. Dabei hat sich gezeigt, dass sich die Elektronenwellen in bevorzugte Richtungen ausbreiten. Dieses Phänomen, das als Elektronenfokussierung bezeichnet wird, kann nach Angaben von Dr. Weismann in weitergehenden Anwendungen ähnlich wie ein Echolot eingesetzt werden, um "vergrabene" Nanostrukturen abzubilden.

Originalveröffentlichung:
A. Weismann, M. Wenderoth, S. Lounis, P. Zahn, N. Quaas, R.G. Ulbrich, P.H. Dederichs, S. Blügel: Seeing the Fermi Surface in Real Space by Nanoscale Electron Focusing, Science 323 (2009)
Kontaktadresse:
Dr. Martin Wenderoth, Universität Göttingen
IV. Physikalisches Institut, Telefon (0551) 39-9367
e-mail: wenderoth@ph4.physik.uni-goettingen.de

Marietta Fuhrmann-Koch | idw
Weitere Informationen:
http://www.ph4.physik.uni-goettingen.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Heiße Materialien: Fachartikel zum pyroelektrischen Koeffizienten
23.05.2017 | Technische Universität Bergakademie Freiberg

nachricht Forschung in Rekordzeit zum Planeten TRAPPIST-1h
23.05.2017 | Universität Bern

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: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Im Focus: Neuer Ionisationsweg in molekularem Wasserstoff identifiziert

„Wackelndes“ Molekül schüttelt Elektron ab

Wie reagiert molekularer Wasserstoff auf Beschuss mit intensiven ultrakurzen Laserpulsen? Forscher am Heidelberger MPI für Kernphysik haben neben bekannten...

Im Focus: Wafer-thin Magnetic Materials Developed for Future Quantum Technologies

Two-dimensional magnetic structures are regarded as a promising material for new types of data storage, since the magnetic properties of individual molecular building blocks can be investigated and modified. For the first time, researchers have now produced a wafer-thin ferrimagnet, in which molecules with different magnetic centers arrange themselves on a gold surface to form a checkerboard pattern. Scientists at the Swiss Nanoscience Institute at the University of Basel and the Paul Scherrer Institute published their findings in the journal Nature Communications.

Ferrimagnets are composed of two centers which are magnetized at different strengths and point in opposing directions. Two-dimensional, quasi-flat ferrimagnets...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Aachener Werkzeugmaschinen-Kolloquium 2017: Internet of Production für agile Unternehmen

23.05.2017 | Veranstaltungen

14. Dortmunder MST-Konferenz zeigt individualisierte Gesundheitslösungen mit Mikro- und Nanotechnik

22.05.2017 | Veranstaltungen

Branchentreff für IT-Entscheider - Rittal Praxistage IT in Stuttgart und München

22.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

WHZ erhält hochmodernen Prüfkomplex für Schraubenverbindungen

23.05.2017 | Maschinenbau

«Schwangere» Stubenfliegenmännchen zeigen Evolution der Geschlechtsbestimmung

23.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Tumult im trägen Elektronen-Dasein

23.05.2017 | Physik Astronomie