Magnetfelder beeinflussen die Phasenverschiebung Elektronen im Kreisverkehr - scinexx | Das Wissensmagazin
Anzeige
Anzeige

Magnetfelder beeinflussen die Phasenverschiebung

Elektronen im Kreisverkehr

Wenn Elektronen um ein Hindernis herumströmen, können sie sich dahinter beim Zusammenfließen addieren oder auslöschen. Enthält das Hindernis ein Magnetfeld, kann sich dieses Verhalten periodisch im Magnetfeld ändern, Physiker sprechen vom Aharonov-Bohm-Effekt. Dass auch seitlich des Hindernisses liegende Magnetfelder einen Einfluss ausüben, hat jetzt ein internationales Physikerteam entdeckt und berichtet darüber in „Nature Physics“. Eine einleuchtende Erklärung für dieses Phänomen fehlt aber bislang.

{1r}

Immer, wenn sich die Wege von Elektronen teilen, weil sie links- und rechtsherum um ein Hindernis herumlaufen und ihren Strom dahinter wieder vereinigen, spielt ihr Wellencharakter die entscheidende Rolle. Hinter dem Hindernis können sie sich addieren oder sogar gegenseitig auslöschen. Man spricht von destruktiver Interferenz. Wenn nun das Hindernis ein Magnetfeld beinhaltet, werden die Wellen – genauer ihre „Phasen“ – verschoben und aus Verstärkung kann Auslöschung werden oder umgekehrt. Das nennt man den seit Jahren bekannten Aharonov-Bohm-Effekt.

Wie Autofahrer im Kreisverkehr

Das Physikerteam aus Holland, Deutschland und Italien um Professor Andreas Wieck von der Ruhr-Universität Bochum (RUB) hat nun einen neuen Effekt entdeckt: Sie beschreiben erstmals, dass nicht nur wie beim Aharonov-Bohm-Effekt das von den Elektronen umrundete Magnetfeld zählt, sondern zusätzlich das Magnetfeld, das durch die Fläche der Elektronenbahnen selbst hindurchtritt.

„Es ist wie beim Kreisverkehr“, beschreibt Wieck: „Bislang gingen wir davon aus, dass nur die kreisförmige Grünfläche in der Mitte relevant ist. Jetzt wissen wir aber, dass auch die Straßenbreite, bzw. die Fläche der Straße, eine wichtige Rolle spielt.“ Dadurch, dass Elektronen im Magnetfeld – genau wie Autofahrer – dazu neigen, sich am linken oder rechten Straßenrand „entlangzuhangeln“, gibt es so genannte Randströme, die die mittlere Fläche der Straße einrahmen. „Wahrscheinlich spielt das eine wichtige Rolle für die Erklärung des Effektes“, schätzt Wieck. Eine perfekte Theorie gibt es dafür allerdings noch nicht.

Anzeige

Spezielle Halbleiter

Die wichtige Entdeckung gelang aufgrund spezieller Aluminium-Gallium-Arsenid-Halbleiter, die in Bochum im Ultrahochvakuum durch die so genannte Molekularstrahlepitaxie (MBE) hergestellt wurden. Die Kristalle können in dieser Qualität nur an wenigen Orten der Welt erzeugt werden. Mittels Rasterkraftmikroskopie versahen die Forscher die Halbleiter dann mit Barrieren, die den Elektronenfluss kreisverkehrsförmig einengten.

Dabei liegen die steuernden Kontakte, so genannte In-Plane-Gates, in derselben Ebene wie der Elektronen-Kreisverkehr. Dies ist eine Entwicklung von Wieck, die schon in den verschiedensten Halbleitersystemen eingesetzt wird und zu innovativen integrierten Schaltkreisen führt.

(idw – Ruhr-Universität Bochum, 02.02.2010 – DLO)

Anzeige

In den Schlagzeilen

Diaschauen zum Thema

Dossiers zum Thema

News des Tages

Hühnerei

Eier: Doch schlechter als ihr Ruf?

Weltraum-Flug aktiviert schlafende Viren

Schwanger trotz Pille: Sind die Gene schuld?

Ältestes Seefahrer-Astrolabium bestätigt

Schon die ältesten Dino-Eier hatten harte Schalen

Bücher zum Thema

Nanotechnologie für Dummies - Spannende Entdeckungen aus dem Reich der Zwerge von Richard D. Booker und Earl Boysen

Die Geschwindigkeit des Honigs - Ungewöhnliche Erkenntnisse aus der Physik des Alltags von Jay Ingram

Wissen hoch 12 - Ergebnisse und Trends in Forschung und Technik von Harald Frater, Nadja Podbregar und Dieter Lohmann

Donnerwetter - Physik - von Peter Häußler

Faszination Nanotechnologie - von Uwe Hartmann

Die Welt hinter den Dingen - von Ludwig Schultz und Hermann- Friedrich Wagner

Top-Clicks der Woche

Anzeige
Anzeige