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So genannte künstliche Atome sind heiß umforschte Objekte, denn sie bilden die Grundlage für eine neue Generation von Lasern. Physikern von der Universität Würzburg ist es nun erstmals gelungen, einzelne künstliche Atome, bestehend aus positiven und negativen elektrischen Ladungen, isoliert zu untersuchen und ihr Verhalten zu beschreiben. Über diesen Erfolg berichten sie im Wissenschaftsmagazin "Nature" vom Donnerstag, 22. Juni.
Die moderne Halbleitertechnologie erlaubt es, ultrakleine Strukturen anzufertigen, die nur wenige Milliardstel Meter groß sind und Quantenpunkte genannt werden. Wie Dr. Manfred Bayer vom Würzburger Lehrstuhl für Technische Physik erläutert, können in diesen Quantenpunkten "künstliche Atome" erzeugt werden, wenn man in kontrollierter Weise negative und positive Ladungen injiziert.
Solche künstlichen Atome bilden laut Dr. Bayer die Grundlage für eine neue Generation von Halbleiterlasern. Diese könnten den herkömmlichen Lasern, wie sie etwa in CD-Spielern zu finden sind, deutlich überlegen sein. Doch zunächst einmal sei es von entscheidender Bedeutung, die Eigenschaften der "künstlichen Atome" im Detail zu verstehen. Dazu haben die Würzburger Physiker unter der Leitung von Lehrstuhlinhaber Prof. Dr. Alfred Forchel nun einen wichtigen Beitrag geleistet.
Für Atome, wie sie in der Natur vorliegen, gelten die "Hundschen Regeln", die jeder Schüler im Chemieunterricht lernt: Sie geben an, wie sich die Elektronen in der Atomhülle anordnen müssen, um den energetisch günstigsten Zustand auszubilden. Im Hinblick auf diese Regeln haben nun Dr. Bayer und sein Team zusammen mit kanadischen Kollegen (Dr. Pawel Hawrylak und Dr. Simon Fafard vom National Research Council in Ottawa) in einem einzelnen Quantenpunkt isoliert erzeugte künstliche Atome erforscht.
Die Untersuchungen ergaben, dass die Hundschen Regeln bei künstlichen Atomen ihre Gültigkeit verlieren. An ihre Stelle treten so genannte verborgene Symmetrien. Dr. Bayer: "Der Name rührt davon her, dass diese Symmetrien nicht offensichtlich sind: Eigentlich wird für das System ein sehr kompliziertes Verhalten erwartet, das aus der Wechselwirkung von negativen und positiven Ladungen resultiert. Die aktuellen Forschungsergebnisse zeigen jedoch, dass sich auf geradezu magische Weise die Wechselwirkungen zwischen den Teilchen kompensieren. Man spricht hier von einer Kondensation."
Die Arbeit mit dem Titel "Hidden symmetries in the energy levels of excitonic 'artificial atoms'" ist nachzulesen in der Nature-Ausgabe vom 22. Juni 2000, Seiten 923-926.
Weitere Informationen: Dr. Manfred Bayer, T (0931) 888-5883, Fax (0931) 888-5143, E-Mail:
mbayer@physik.uni-wuerzburg.de
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Mathematik, Physik / Astronomie
überregional
Forschungsergebnisse
Deutsch
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