Physik Journal 12 / 2012

Unweit des wunderschönen Jardin du Luxembourg und des Pantheon liegt in Paris ein Zentrum der französischen Physik, das Laboratoire Kastler-Brossel der ENS. Hier hat in der Tradition der Nobelpreisträger Alfred Kastler (1966) und Claude Cohen-Tannoudji (1997) auch Serge Haroche seine Experimente durchgeführt. Im Zentrum der bahnbrechenden Arbeiten aller dieser Forscher steht die Wechselwirkung von Licht mit Atomen. Aber erst Haroche ist es gelungen, die „experimentellen Methoden so weit zu entwickeln, um Quantensysteme zu manipulieren“, wie es in der Laudatio des Nobel­komitees heißt.

Serge Haroche wurde 1944 in Casablanca geboren und studierte in Paris an der ENS, die – ganz anders als die direkte Übersetzung ins Deutsche vermuten lässt – nach einem streng auf Leistung ausgelegten hochselektiven Auswahlverfahren nur die allerbesten Studierenden aufnimmt. Dort finden sie dann hervorragende Studienbedingungen vor. Haroche wurde 1971 in Paris promoviert, der Betreuer der Doktorarbeit war Claude Cohen-Tannoudji. ...

In seiner legendären Rede „There’s plenty of room at the bottom“ erläuterte Richard Feynman 1959, dass die gezielte, schrittweise Erschaffung von Objekten aus einzelnen Atomen keine physikalischen Gesetzmäßigkeiten verletzt und somit grundsätzlich möglich sein sollte. So wie ein Haus nach dem Plan eines Architekten aus einzelnen Ziegeln errichtet wird, müssten sich auch Nanostrukturen Schritt für Schritt aus einzelnen Atomen oder Molekülen aufbauen lassen.

Die Möglichkeiten, die eine solche Nanoarchitektur bereit hält, sind atemberaubend: Eine komplett neue Elektronik mit Bauteilen aus einzelnen Molekülen ist ebenso denkbar wie neue Materialien, welche die unterschiedlichsten Vorteile (Härte, Leichtigkeit, Festigkeit, Hitzebeständigkeit etc.) in sich vereinen. Ebenso weitreichend sind aber auch die experimentellen Hürden, die es zu überwinden gilt. Selbst wenn das gelingt, eignet sich der Aufbau Atom für Atom kaum dazu, Systeme in großtechnischem Maßstab herzustellen. Es bietet sich daher an, die Moleküle für sich arbeiten zu lassen. Hierbei hilft das selbstorganisierende Verhalten von Molekülen auf Oberflächen.

Einzelne Moleküle können sich auf einer Oberfläche zu komplexen Netzwerken anordnen. Die Strukturvielfalt lässt sich hierbei durch die Wechselwirkungen steuern, die einerseits zwischen individuellen Molekülen und andererseits zwischen den Molekülen und dem Substrat auftreten. Durch die geschickte Wahl von Molekülgruppen und Oberflächencharakteristika sind Strukturen mit maßgeschneiderten Eigenschaften möglich. Die molekulare Selbstorganisation erscheint daher vielversprechend, um funktionale Strukturen gezielt zu erschaffen. Die potenziellen Anwendungen für diese Strukturen reichen von der einfachen Oberflächenbeschichtung über die Entwicklung neuer Sensoren für optoelektronische Bauteile bis hin zu komplexen elektronischen Schaltkreisen auf molekularer Skala. Dieser Artikel soll einen Überblick über die Bandbreite selbstorganisierter Strukturen auf nichtleitenden Oberflächen geben. Die vorgestellten Beispiele weisen die Machbarkeit nach und unterstreichen die vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten, die dieser Zweig der Oberflächenforschung mittlerweile eröffnet. ...

Seit den Arbeiten zum Wasserstoffatom vor rund hundert Jahren liefert die Spektroskopie von angeregten Zuständen grundlegende Einsichten in den Aufbau atomarer und subatomarer Materie. Dies gilt bis hin zu den schwersten Quarksystemen, die sich in der Kern- und Hadronenphysik spektroskopisch untersuchen lassen. Während bei der Atomspektroskopie die Energie der Photonen, die beim Zerfall der angeregten Zustände emittiert werden, im Bereich von eV liegen, erstreckt sich die Energieskala in der Kern- und Hadronenphysik bis hin zu GeV, also in den Bereich der Gammastrahlung und darüber hinaus. Bei niedrigen Anregungs­energien ermöglicht es der Nachweis der γ-Strahlung, die vielen Facetten der mesoskopischen Atomkerne zu beleuchten, die in stabilen und einer deutlich größeren Zahl von instabilen Nukliden existieren. Die möglichen Anregungen spiegeln zum einen den Aufbau der Kerne aus einzelnen Nukleonen wider, zum anderen sind sie auf kollektives Verhalten des gesamten Kerns zurückzuführen. Aktuelle Forschungsziele bestehen darin, diese unterschiedlichen Aspekte im Rahmen einer quanten­mechanischen Vielkörpertheorie konsis­tent zu beschreiben und die verschiedenen Kern­modelle zu vereinheitlichen. 
 
Heute sind rund 3000 Nuklide bekannt, von denen nur rund zehn Prozent stabil oder langlebig sind und somit in der Natur vorkommen. Bei einer Vielzahl der bekannten instabilen Kerne wissen wir wenig über die Eigenschaften. Somit ist der Vergleich mit theoretischen Modellen als Funktion des Neutronen- bzw. Protonenüberschusses nicht möglich. Darüber hinaus sagt die Theorie viele weitere, noch unentdeckte Nuk­lide vorher. Ähnlich wie bei der Elektronenhülle der Atome gruppieren sich auch in Kernen die Orbitale, welche die Nukleonen besetzen können, in Schalen. Wenn eine Schale gefüllt ist, ist besonders viel Energie nötig, um ein Nukleon über den Schalenabschluss hinaus zur nächsten Schale anzuheben und somit den Kern anzuregen. Die Protonen- bzw. Neutronenzahlen, die vollen Schalen entsprechen, werden „magisch“ genannt. Ob dieses Ordnungsschema auch für die noch unentdeckten Nuklide gilt oder ob andere Schalenabschlüsse auftreten, ist unbekannt. Daher sind Extrapolationen entlang der bekannten magischen Zahlen wichtig.  ...

Der Arbeitsmarkt für Physiker­innen und Physiker entspannt sich weiter aufgrund der immer noch sehr guten wirtschaftlichen Situa­tion in Deutschland. Die Daten der Zentralstelle für Arbeitsvermittlung der Bundesagentur für Arbeit (BA) zeigen für den Zeitraum zwischen Oktober 2011 und September 2012 erneut einen Anstieg der offenen gemeldeten Stellen, und zwar um etwa 2,5 Prozent. Dies ist aber nach über 20 Prozent Anstieg im letzten Jahr eine deutliche Verlangsamung und könnte zu einer Sättigung knapp unterhalb der Werte vor der Finanzkrise führen.

Die Zahlen sind hier nur relativ zu den Werten im Jahr 2006 angegeben. Dies liegt daran, dass nur ein sehr kleiner Teil der zu besetzenden Stellen, nämlich weniger als 10 Prozent, der BA überhaupt gemeldet wird und damit die Zahl der Stellen für Physiker in Wirklichkeit um ein Vielfaches höher ist als die Statistik ausweist. Die meisten Stellen werden über andere Rekrutierungskanäle besetzt und erscheinen daher nicht in der Statis­tik. Diese niedrige Meldequote bedeutet, dass es wohl einen ausgewogenen Markt für Physikerinnen und Physiker gibt und die Rekrutierung über Stellenanzeigen, Jobbörsen, Praktika oder Direktbewerbungen funktioniert. Erst wenn die Not der Unternehmen, Physiker zu finden, deutlich wächst, steigt die Meldequote an. Trotz aller statistischen Mängel folgt die Zahl der offenen Stellen der wirtschaftlichen Entwicklung und eignet sich daher als guter Indikator. ...