Quantentöpfe für heiße Elektronen
Experimentelle Umsetzung des Modellsystems auf Graphenflocken.
Jeder Physikstudent hat in seinen Grundvorlesungen zur Quantemechanik über das „Elektron im Quantentopf“ gegrübelt. Dieses Modellsystem ist sehr beliebt, weil es zum einen so einfach ist, dass es sich noch exakt berechnen lässt, zum anderen aber schon kompliziert genug, um Rückschlüsse auf reale Probleme zu ermöglichen.
Abb.: Graphenflocken dienen als Quantentöpfe. (Bild: F. Craes / APS)
Physiker von der Universität zu Köln haben jetzt eine experimentelle Umsetzung des Quantentopfs vorgestellt, die dem idealisierten Modell erstaunlich nahe kommt: Der Boden des Quantentopfs besteht aus einer ultradünnen Graphenschicht. Wände im eigentlichen Sinn gibt es nicht, ein elektrisches Feld hält die Elektronen über den nur Nanometer-großen Graphenflocken fest.
„Damit lassen sich sowohl die Breite als auch die Tiefe des Topfes verändern, und es können auch energiereiche, also „heiße“ Elektronen eingesperrt werden“, erläutert Fabian Craes vom II. Physikalischen Institut der Uni Köln. Mit Hilfe eines hochauflösenden Rastertunnelmikroskops bildeten die Forscher die entstehenden Wellenmuster der eingesperrten Elektronen direkt ab.
„Wir werden als nächsten Schritt auch das Verhalten von Elektronen in komplizierteren Graphen-Nanostrukturen untersuchen, wie sie in zukünftigen Anwendungen dieses neuen Materials verwendet werden“, ergänzt Carsten Busse, der Leiter der Studie.
U. Köln / PH
