Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Elektronen finden immer einen (Quanten-) Weg

17.11.2015

Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institute und des Departements Physik der Universität Basel haben erstmals nachgewiesen, wie Elektronen von einem Supraleiter durch einen Quantenpunkt in ein normalleitendes Metall transportiert werden. Dieser Transportprozess durch einen Quantenpunkt wurde bereits in den Neunzigerjahren theoretisch berechnet, doch erst jetzt ist es den Wissenschaftlern der Universität Basel gelungen, die Theorie mit Messungen zu belegen. Das berichten sie in der Fachzeitschrift «Physical Review Letters».

Transporteigenschaften wie etwa die elektrische Leitfähigkeit spielen für die technische Anwendung von neuartigen Materialien und elektronischen Bauteilen eine wichtige Rolle. Völlig neue Phänomene treten auf, wenn man zum Beispiel einen Supraleiter und nanometergrosse Strukturen, sogenannte Quantenpunkte, in einem Bauteil kombiniert.


Erstmals im Experiment nachgewiesen: Transportprozess von Elektronen aus einem Supraleiter (S) durch einen Quantenpunkt in einen Normalleiter (N).

Illustration: Universität Basel, Departement Physik

Forscher der Universität Basel um Professor Christian Schönenberger haben nun einen solchen Quantenpunkt zwischen einem Supraleiter und einem normalleitenden Metall konstruiert, um den Transport von Elektronen zwischen den beiden Komponenten zu untersuchen.

Eigentlich sollte es unmöglich sein, bei kleinen Energien Elektronen vom Supraleiter durch den Quantenpunkt zu transportieren. Zum einen kommen Elektronen in einem Supraleiter nicht einzeln, sondern immer nur zu zweit als sogenannte Cooper-Paare vor, die sich nur durch relativ grosse Energien trennen lassen. Zum anderen ist der Quantenpunkt so klein, dass wegen der elektrischen Abstossung zwischen den Elektronen nur ein Teilchen auf einmal transportiert wird.

Wissenschaftler stellten aber in der Vergangenheit wiederholt fest, dass trotzdem Strom zwischen dem Supraleiter und dem Metall fliesst – es also doch zu einem Elektronentransport durch den Quantenpunkt kommt.

Erster Nachweis des Transportmechanismus durch einen Quantenpunkt

In den Neunzigerjahren wurden auf der Grundlage der Quantenmechanik Theorien entwickelt, die zeigen, dass der Transport von Cooper-Paaren durch einen Quantenpunkt unter bestimmten Bedingungen durchaus möglich ist. Voraussetzung dafür ist, dass das zweite Elektron dem ersten sehr schnell folgt, nämlich innerhalb der Zeit, die in etwa durch die Heisenbergsche Unschärferelation gegeben ist.

Die Wissenschaftler der Universität Basel konnten nun genau dieses Phänomen messen. In ihren Experimenten fanden die Wissenschaftler exakt dieselben diskreten Linien, die theoretisch berechnet wurden. Das Team mit dem Doktoranden Jörg Gramich und seinem Betreuer Dr. Andreas Baumgartner konnte zudem nachweisen, dass der Prozess auch funktioniert, wenn Energie an die Umgebung abgegeben, oder von dort aufgenommen wird.

«Unsere Ergebnisse tragen dazu bei, die Transporteigenschaften von supraleitenden elektronischen Nanostrukturen besser zu verstehen, die für Anwendungen in der Quantentechnologie von grossem Interesse sind», so Dr. Andreas Baumgartner.

Originalbeitrag
J. Gramich, A. Baumgartner, and C. Schönenberger
Resonant and inelastic Andreev tunneling observed on a carbon nanotube quantum dot
Physical Review Letters 115, doi: 10.1103/PhysRevLett.115.216801

Weitere Auskünfte
Dr. Andreas Baumgartner, Universität Basel, Departement Physik, Tel. +41 61 267 39 06, E-Mail: andreas.baumgartner@unibas.ch

Weitere Informationen:

http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.216801 - Abstract

Reto Caluori | Universität Basel
Weitere Informationen:
http://www.unibas.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Was die Tiefsee über die Sterne verrät
18.12.2018 | Technische Universität Berlin

nachricht Beim Phasenübergang benutzen die Elektronen den Zebrastreifen
17.12.2018 | Universität Stuttgart

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: Wie Bakterien ein Antibiotikum ausschalten

Forscher des HZI und HIPS haben entdeckt, dass resistente Bakterien den Wirkstoff Albicidin mithilfe eines massenhaft gebildeten Proteins einfangen und inaktivieren

Gegen die immer häufiger auftauchenden multiresistenten Keime verlieren gängige Antibiotika zunehmend ihre Wirkung. Viele Bakterien haben natürlicherweise...

Im Focus: How bacteria turn off an antibiotic

Researchers from the HZI and the HIPS discovered that resistant bacteria scavenge and inactivate the agent albicidin using a protein, which they produce in large amounts

Many common antibiotics are increasingly losing their effectiveness against multi-resistant pathogens, which are becoming ever more prevalent. Bacteria use...

Im Focus: Wenn sich Atome zu nahe kommen

„Dass ich erkenne, was die Welt im Innersten zusammenhält“ - dieses Faust’sche Streben ist durch die Rasterkraftmikroskopie möglich geworden. Bei dieser Mikroskopiemethode wird eine Oberfläche durch mechanisches Abtasten abgebildet. Der Abtastsensor besteht aus einem Federbalken mit einer atomar scharfen Spitze. Der Federbalken wird in eine Schwingung mit konstanter Amplitude versetzt und Frequenzänderungen der Schwingung erlauben es, kleinste Kräfte im Piko-Newtonbereich zu messen. Ein Newton beträgt zum Beispiel die Gewichtskraft einer Tafel Schokolade, und ein Piko-Newton ist ein Millionstel eines Millionstels eines Newtons.

Da die Kräfte nicht direkt gemessen werden können, sondern durch die sogenannte Kraftspektroskopie über den Umweg einer Frequenzverschiebung bestimmt werden,...

Im Focus: Datenspeicherung mit einzelnen Molekülen

Forschende der Universität Basel berichten von einer neuen Methode, bei der sich der Aggregatzustand weniger Atome oder Moleküle innerhalb eines Netzwerks gezielt steuern lässt. Sie basiert auf der spontanen Selbstorganisation von Molekülen zu ausgedehnten Netzwerken mit Poren von etwa einem Nanometer Grösse. Im Wissenschaftsmagazin «small» berichten die Physikerinnen und Physiker von den Untersuchungen, die für die Entwicklung neuer Speichermedien von besonderer Bedeutung sein können.

Weltweit laufen Bestrebungen, Datenspeicher immer weiter zu verkleinern, um so auf kleinstem Raum eine möglichst hohe Speicherkapazität zu erreichen. Bei fast...

Im Focus: Data storage using individual molecules

Researchers from the University of Basel have reported a new method that allows the physical state of just a few atoms or molecules within a network to be controlled. It is based on the spontaneous self-organization of molecules into extensive networks with pores about one nanometer in size. In the journal ‘small’, the physicists reported on their investigations, which could be of particular importance for the development of new storage devices.

Around the world, researchers are attempting to shrink data storage devices to achieve as large a storage capacity in as small a space as possible. In almost...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Tagung 2019 in Essen: LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

14.12.2018 | Veranstaltungen

Pro und Contra in der urologischen Onkologie

14.12.2018 | Veranstaltungen

Konferenz zu Usability und künstlicher Intelligenz an der Universität Mannheim

13.12.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Ulmer Forscher beobachten Genomaktivierung "live" im Fischembryo

18.12.2018 | Biowissenschaften Chemie

Notsignal im Zellkern – neuartiger Mechanismus der Zellzykluskontrolle

18.12.2018 | Biowissenschaften Chemie

Neue Methode für sichere Brücken

18.12.2018 | Architektur Bauwesen

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics