Physics of Quantum Rings

Die meisten Entwicklungen in Elektronik und Optik verdanken sich speziell geformten Energielandschaften, welche Elektronen, Photonen oder beide einschließen. Dazu zählen Quantenwälle, -drähte und -punkte sowie verschiedene periodische Strukturen aus einer breiten Palette an Materialien. Einschließende Energielandschaften, die nicht einfach verbunden sind (beispielsweise ringförmige Potentiale), sind ein faszinierendes Feld, um die Quanteneigenschaften von Elektronen und Photonen zu erforschen. Das rührt daher, dass sich der Phasen­term der Wellenfunktion einstellen lässt und dadurch interessante neue Effekte und Anwendungen ermöglicht.

Das von Vladimir M. Fomin vom Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden herausgegebene Buch ist eine maßgebliche Monografie, die den Lesern einen breiten, erschöpfenden Überblick über den aktuellen Stand der Physik der Quanten-Ringe bietet. Die Themen, die in den 18 Kapiteln behandelt werden, sind sehr interdisziplinär und decken eine große Bandbreite von Material- über Ingenieurwissenschaft bis Grundlagenforschung ab – sowohl experimentell als auch theoretisch.

Alle Kapitel sind für Leserinnen und Leser mit Kenntnissen in Physik und Ingenieurwissenschaften im fortgeschrittenen Hauptstudium zugänglich.

Das Buch erkundet die Tiefen der Physik von Quanteninter­ferenzphänomen wie dem Aharonov-Bohm-Effekt, der wesentlich für Quanten-Ringe ist. Ein gutes Drittel des Buches widmet sich der Herstellung, Charakterisierung und den physikalischen Eigenschaften solcher Strukturen. Die Herstellung umfasst sowohl Methoden wie die selbstorganisierte Anordnung bei Kristallwachstum mit Molekülstrahlepitaxie als auch hochauflösende Lithographie. Ein zweites Drittel ist der Theorie der Quanten-Ringe gewidmet, besonders unter dem Blickwinkel ihrer Material- und optischen Eigenschaften, der Coulomb-Wechselwirkung und nicht zuletzt ihrer mathematischen Differentiale. Ein weiteres Drittel des Buches konzentriert sich schließlich auf den Aharonov-Bohm-Effekt von Exzitonen – ein sehr neuer Effekt, der aufgrund der optischen Eigenschaften von Quanten-Ringen auftritt.

Der einzigartige Nutzen, solch verschiedenartige Themen in einem Band zu versammeln, besteht darin, ein ganzheitliches Verständnis von Quanten-Ringen zu ermöglichen. Dieser Zugang ist notwendig, um den nächsten Entwicklungsschritt in diesem Feld zu ermöglichen: Einerseits ist dies eine tiefergehende Erforschung. Andererseits ist es ebenso wichtig, das gewonnene Verständnis in Anwendungen für zukünftige Geräte umzumünzen.

Khaled Karrai, Scientific Director, attocube systems AG, Königinstr. 11a, 80539 München