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19. Januar 1998 Nr. 2
Vom Einkristall zum Quantenpunkt Festkolloquium aus Anlaß des 70. Geburtstags von Prof. Scharmann
Der Fachbereich Physik lädt aus Anlaß des 70. Geburtstags von Prof. Dr. Arthur Scharmann ein zu einem Festkolloquium am Freitag, den 30. Januar 1998, um 16.15 Uhr im Hörsaal I der Physikalischen Institute, Heinrich-Buff-Ring 16, Gießen.
Den Festvortrag "Vom Einkristall zum Quantenpunkt" hält der Präsident der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig, Prof. Dr. Ernst Otto Göbel.
In seinem Vortrag wird Prof. Göbel die letzten 40 Jahre Halbleiterphysik Revue passieren lassen. Der Begriff Halbleiter weist schon darauf hin, daß sie in ihren elektrischen Leitungseigenschaften zwischen den Isolatoren, wie Porzellan, und den guten elektrischen Leitern, wie Kupferdraht stehen. Das Problem war zunächst die Züchtung von Kristallen dieser Materialien, denn Halbleiterbauteile werden aus einzelnen Kristallen - sogenannten Einkristallen - geschnitten. Außerdem muß das Material - meistens Silizium - gezielt "verunreinigt" werden, um die passenden Halbleitereigenschaften zu erhalten und schließlich zu den passenden Bauteilen strukturiert werden, etwa einer Leuchtdiode.
Der erste Fortschritt bestand darin, die Kristalle nicht mehr - wie beim Kerzenziehen - aus einer Schmelze zu züchten, sondern die Atome aus einem Gas abzuscheiden, so daß sie wie Nebeltropfen an einer Fensterscheibe kondensieren und kontrolliert dünne Schichten wachsen. Dadurch gelang es, die Abmessungen der Halbleiterstrukturen so klein zu machen, daß die Ladungsträger - sprich: die Elektronen - sich nicht mehr frei bewegen können. Sprach man in der Physik früher von einem "Elektronengas", das alle drei Raumdimensionen ausfüllt, so sind die Elektronen in den dünnen Schichten so eingesperrt, daß sie sich nur noch in zwei Dimensionen bewegen können. Die Elektronen bewegen sich nicht mehr bei Anregung durch eine beliebige Energie, sondern reagieren nur noch auf bestimmte Energiebeträge. Und genau das macht die dünnen Schichten für die Halbleiterphysiker so interessant, denn sie spielen mit diesen unterschiedlichen Energieniveaus. Die außergewöhnlichen Eigenschaften machten neuartige oder stark verbesserte Bauelemente möglich: So sitzt im CD-Spieler ein kleiner Laser, der die Daten für die Musik aus kleinen Löchern auf der silbrigen Scheibe liest. Er besteht aus einem Halbleiter, bei dem es gelungen ist, seine elektrischen Eigenschaften mit der Fähigkeit zu verbinden, Laserlicht zu produzieren.
Mit diesem hochaktuellen Thema haben sich in den vergangenen Jahren auch Prof. Scharmann und seine Mitarbeiter, gemeinsam mit Forschergruppen an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt und am Joffe-Institut in Sankt Petersburg, beschäftigt. Die dabei erzielten Ergebnisse führten unter anderem dazu, daß Prof. Scharmann 1994 zum Ehrenmitglied dieses weltweit renommierten, zweitgrößten Instituts der Russischen Akademie der Wissenschaften gewählt wurde. Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt ist dabei an einem speziellen Aspekt der geschichteten Halbleiter interessiert: Sie ist in Deutschland dafür verantwortlich, daß die Maßeinheiten stimmen, darunter auch die Maßeinheit für den elektrischen Widerstand. Mit Hilfe der neuen Halbleitermaterialien läßt er sich so definieren, daß er ausschließlich nur noch von Naturkonstanten abhängt.
Inzwischen müßte die Mikroelektronik - die so heißt, weil sie in Größenordnungen von Mikrometern arbeitet - eigentlich in Nanoelektronik umbenannt werden, weil sie im Nanometerbereich beinahe schon in die Dimensionen einzelner Atome geraten ist. Die Elektronen können nicht nur in die zwei Dimensionen einer Schicht, sondern in die eine Dimension eines "Quantendrahts" oder sogar in null Dimensionen eines "Quantenpunkts" eingesperrt werden. Die daraus resultierenden extremen elekronischen Eigenschaften haben als erstes Bauteil einen Quantenpunkt-Laser ermöglicht. Am Ende der Entwicklung könnten Computer stehen, bei denen pro verarbeiteter Informationseinheit nur noch ein einziges Elektron fließt, und nicht mehr Milliarden von Elektronen wie noch in heutigen Computern. Dann werden die Grenzen der "Elektronik" erreicht sein, und die Physiker müssen sich endgültig nach neuen Prinzipien der Informationsverarbeitung umtun. Für die Physikalisch-Technische Bundesanstalt ist dabei interessant, daß dann auch die Einheit des Stroms, das Ampère, auf Naturkonstanten zurückgeführt werden könnte.
Zur Person von Prof. Dr. Arthur Scharmann
Prof. Scharmann wurde am 26. Januar 1928 in Darmstadt geboren. Ab 1946 studierte er zunächst in Marburg, dann in Gießen und wurde 1955 bei Prof. Hanle promoviert. Er habilitierte sich 1959 und wurde 1969 zum ordentlichen Professor ernannt und Direktor des I. Physikalischen Instituts. 1996 wurde er emeritiert. Von seinen zahlreichen Ehrungen und Ämtern können hier nur beispielhaft genannt werden: Die Ehrendoktorwürde der Universitäten Toulouse, Nizza, Duisburg und der University of New South Wales in Sydney, die Ehrenmitgliedschaft des Joffe-Instituts der Russischen Akademie der Wissenschaften in St. Petersburg und das Große Bundesverdienstkreuz. Er sitzt der Schutzkommission beim Bundesinnenminister vor und ist Vertrauensmann der Deutschen Forschungsgemeinschaft für die Universität Gießen. Seit 1995 ist er Vorsitzender des Wissenschaftlichen Beirats des Bundesamts für Strahlenschutz.
Kontaktadresse: Prof. Dr. Bruno K. Meyer 1. Physikalisches Institut Heinrich-Buff-Ring 16 35392 Gießen Telefon (0641) 99-33100 Fax (0641) 99-33119
Criteria of this press release:
Information technology, Materials sciences, Mathematics, Physics / astronomy
transregional, national
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