Quantenpunkte im Röntgenstrahl

Für seine vielversprechende Forschungsarbeit über sogenannte Hexapod-Quantenmoleküle hat Dr. Michael Hanke, Physiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, besondere Anerkennung erhalten: Die Betreiber von Europas intensivster Röntgenquelle, dem Synchroton ESRF in Grenoble, haben Hankes Arbeit als „Spotlight“ auf ihre Homepage gesetzt.

Die Quantenpunkte, die Hanke erforscht, werden zum Teil bereits angewendet, beispielsweise in Leuchtdioden. Für die Zukunft ist gar die Entwicklung neuartiger Quantencomputer denkbar.

„Quantenpunkte sind extrem kleine Materialstrukturen, die für gewöhnlich aus Halbleiterkristallen bestehen und aufgrund ihrer geringen Größe ganz besondere physikalische Eigenschaften besitzen“, erläutert Dr. Michael Hanke. „Vor allem ihre optischen und elektronischen Eigenschaften unterscheiden sich von makroskopischen Materialien und Objekten. Elektronen in den Quantenpunkten können zum Beispiel nur eine endliche Anzahl von ganz bestimmten Energieniveaus besetzen. Man spricht von der Quantisierung der Energie.“

Regt man die Elektronen der Quantenpunkte durch Zufuhr elektrischer Energie zum Abstrahlen von Licht an, sind demzufolge auch nur ganz bestimmte Lichtfarben möglich, da die Energie des Lichtes dessen Farbe bestimmt. Welche Energiezustände und Farben auftreten können, wird dabei u.a. durch die Größe der Quantenpunkte festgelegt. Schon heute kommen derartige Quantenpunkte zur Anwendung, beispielsweise in besonders farbintensiven, stromsparenden Leuchtdioden (QD-LEDs) und in Zukunft sind Verwendungen für Leuchtmittel, Displays oder die Entwicklung neuartiger Computer (Quantencomputer) denkbar.

Um Quantenpunkte ganz bestimmter Zusammensetzung, Größe, Form und Anordnung herstellen zu können, ist jedoch noch mehrjährige Grundlagenforschung nötig. Dabei werden auch „Moleküle“ aus Quantenpunkten gezüchtet und beforscht; dies sind Quantenpunkte, welche so angeordnet sind, dass Elektronen von einem Quantenpunkt in einen anderen gelangen können.

Dr. Michael Hanke erforscht in Kooperation mit der University of Arkansas (USA) spezielle Quantenpunktmoleküle aus Indium und Gallium auf Galliumarsenid-Oberflächen mit dem Röntgenbeugungsverfahren. In seiner aktuellen Arbeit hat er die „Hexapods“ untersucht, Quantenpunktmoleküle mit einem mittleren und rundherum sechs (griech. hexa) äußeren Quantenpunkten.

Bei den Röntgenbeugungsmessungen wird ein fokussierter Röntgenstrahl auf die zu untersuchende Probe gerichtet und an der mit Quantenmolekülen versehenen Probenoberfläche gebeugt. Durch einen Detektor kann für jede Einstrahlrichtung ein Beugungsbild aufgezeichnet werden. Die Physiker können anhand der Bilder u.a. Aussagen über die Zusammensetzung und Verspannungen in den Oberflächenstrukturen treffen, welche wichtige Hinweise über das zu erforschende Wachstum der Quantenpunkte und deren Anordnung auf der Oberfläche liefern.

Aufgrund der geringen Objektgröße ist hochbrillante Röntgenstrahlung eines Teilchenbeschleunigers (Synchrotronstrahlung) erforderlich. Dr. Hanke und seine Kollegen fahren für ihre Messungen regelmäßig zum größten europäischen Synchrotron ESRF in Grenoble (Frankreich). Das ESRF stellt regelmäßig besonders vielversprechende Arbeiten in einem „Spotlight“ als erste Meldung auf seiner Homepage vor. Dorthin hat es nun Michael Hanke mit seinen aktuellen Forschungsergebnissen geschafft. „Eine Anerkennung, die mich freut und zusätzlich motiviert“, sagt Hanke, der vor kurzem seine Habilitation an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg verteidigt hat.

Ansprechpartner:
Dr. Michael Hanke
Tel.: 0345 55 25452
E-Mail: hanke@physik.uni-halle.de