Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Meilenstein im Nanometer-Maßstab

28.06.2010
Physikern aus Marburg und den USA ist es geglückt, den quantenmechanischen Zustand eines Systems aus Millionen von Teilchen zu beschreiben, indem sie Messungen an Halbleitern mit theoretischen Vorhersagen in Übereinstimmung gebracht haben.

Das Wissenschaftlerteam um die Professoren Dr. Stephan Koch und Dr. Mackillo Kira von der Philipps-Universität Marburg (PUMa) teilt seine Ergebnisse in der renommierten Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ mit.

Moderne Halbleiterbauelemente, chemische Reaktionen und sogar biologische Vorgänge basieren auf Prozessen, die sich im Nanometerbereich abspielen – ein Nanometer misst ein Millionstel Millimeter. Prozesse in diesem Größenmaßstab unterliegen Prinzipien der Quantenmechanik, die häufig unanschaulich sind. Um solche Nanosysteme physikalisch vollständig zu charakterisieren und womöglich sogar steuern zu können, muss man deren gesamten quantenmechanischen Zustand kennen.

„Dieses Ziel ist zum gegenwärtigen Zeitpunkt unerreichbar, sofern die betrachteten Systeme mehr als einige Atome oder Ionen umfassen“, sagt Senior-Autor Koch. „Und zwar schlicht und ergreifend deshalb, weil die direkte Messung des Quantenzustands die Möglichkeiten der Datenverarbeitung erschöpfen würde.“

Zur Umgehung dieses Problems nahmen sich die Physiker dünne Halbleiterfilme vor, deren Elektronen sie optisch anregten. Statt den Quantenzustand direkt zu untersuchen, führten sie höchst präzise Messungen durch, um subtile Veränderungen des optischen Verhaltens nachzuweisen. Die experimentellen Daten wurden aufs Genaueste mit den Vorhersagen einer avancierten Vielteilchentheorie verglichen.

„Unser detaillierter Vergleich zwischen quantitativen Experimenten und der Theorie zeigt, dass das Absorptionsverhalten stark von der Vielteilchen-Konfiguration abhängig ist“, erläutert Mitverfasser Kira. Somit konnten die Quantenzustände der optisch aktiven Elektronen mit bisher unerreichter Genauigkeit identifiziert werden.

„Dieses Ergebnis stellt einen ersten Meilenstein auf dem Weg zur Beschreibung von Prozessen im Nanoskalenbereich in Halbleitern dar“, erklärt Koch. Kira führt aus, dass man als einen der nächsten Schritte versuchen werde, den Quantenzustand extrem großer Systeme zu steuern – möglicherweise, indem man die Quantenaspekte der optischen Anregung exakt kontrolliert. Hierfür kooperieren die theoretischen Physiker von der Philipps-Universität wiederum mit Experimentatoren des National Institute of Standards and Technology und der University of Colorado in den USA (JILA/NIST).

Originalpublikation: R. P. Smith & al: „Extraction of Many-Body Configurations from Nonlinear Absorption in Semiconductor Quantum Wells”, Physical Review Letters 104 (2010), 247401, doi: 10.1103/PhysRevLett.104.247401

Weitere Informationen:
Ansprechpartner: Professor Dr. Stephan Koch,
Arbeitsgruppe Theoretische Halbleiterphysik
Tel.: 06421 28-21336
E-Mail: stephan.w.koch@physik.uni-marburg.de

Johannes Scholten | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-marburg.de
http://www.physik.uni-marburg.de/de/forschung/theoretische-halbleiterphysik/ag-startseite.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Flashmob der Moleküle
19.01.2017 | Technische Universität Wien

nachricht Verkehrsstau im Nichts
19.01.2017 | Universität Konstanz

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: 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....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

21.500 Euro für eine grüne Zukunft – Unserer Umwelt zuliebe

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

innovations-report im Interview mit Rolf-Dieter Lafrenz, Gründer und Geschäftsführer der Hamburger Start ups Cargonexx

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

Niederlande: Intelligente Lösungen für Bahn und Stahlindustrie werden gefördert

20.01.2017 | Förderungen Preise