Quantentöpfe jetzt auch für heiße Elektronen

Jeder Physikstudent hat in seinen Grundvorlesungen zur Quantemechanik über das „Elektron im Quantentopf“ gegrübelt. Hier stellt man sich ein Teilchen vor, das in einen kleinen Raum eingesperrt ist.

Dieses Modellsystem ist sehr beliebt, weil es zum einen so einfach ist, dass es noch exakt berechnet werden kann, zum anderen aber schon kompliziert genug, um Rückschlüsse auf reale Probleme zu ermöglichen.

Physiker von der Universität zu Köln haben jetzt in einer Veröffentlichung in der renommierten Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ eine experimentelle Realisation des Quantentopfs vorgestellt, die dem idealisierten Modell erstaunlich nahe kommt: Der Boden des Quantentopfs besteht aus einer ultradünnen Kohlenstoffschicht (Graphen).

Wände im eigentlichen Sinn gibt es nicht, die Elektronen werden durch ein elektrisches Feld über den nur nanometer-großen Graphenflocken festgehalten. „Damit lassen sich sowohl die Breite als auch die Tiefe des Topfes verändern, und es können auch energiereiche, also „heiße“ Elektronen eingesperrt werden“, erläutert Fabian Craes vom II. Physikalischen Institut der Uni Köln.

Mit Hilfe eines hochauflösenden Rastertunnelmikroskops konnten die entstehenden Wellenmuster der eingesperrten Elektronen direkt abgebildet werden. „Wir werden als nächsten Schritt auch das Verhalten von Elektronen in komplizierteren Graphen-Nanostrukturen untersuchen, wie sie in zukünftigen Anwendungen dieses neuen Materials verwendet werden“, ergänzt Dr. Carsten Busse, der Leiter der Studie.

Bei Rückfragen: Fabian Craes, Universität zu Köln, II. Physikalisches Institut
Tel.: +49 (0)221 470 6876, E-Mail: craes@ph2.uni-koeln.de
Weitere Infos: Physical Review Letters vom 02. August 2013 http://prl.aps.org/abstract/PRL/v111/i5/e056804