Atom für Atom neue Erkenntnisse

Foto: Elektrische Ladungsverteilung eines Clusters

Wissenschaftler hantieren mit einzelnen Atomen und fügen sie zu Drähten oder winzigen Gruppen ("Cluster") zusammen. Dabei zeigt sich eine Facette der Nanotechnologie, die in der Allgemeinheit wenig bekannt ist: Grundlegende physikalische Eigenschaften eines Materials, wie Magnetismus, elektrische Leitfähigkeit oder chemische Reaktivität, ändern sich mit den Abmessungen. Macht man ein Stück Metall oder Halbleiterkristall also winzig genug, so treten oft Effekte auf, die sich nur noch mit den Gesetzen der Quantenwelt erklären lassen.

So hat eine Gruppe um Stefan Fölsch aus dem Paul-Drude-Institut zum Beispiel einzelne Kupferatome auf einer kristallinen Kupferoberfläche zu Gruppen angeordnet und dann untersucht. Atom für Atom fügten die Wissenschaftler zusammen und stellten fest, dass je nach Anzahl der Bausteine eine ganze Reihe von Quantenzuständen auftreten. Diese gehen schließlich in eine bereits bekannte und sehr allgemeine Oberflächeneigenschaft über, den so genannten Shockley-Oberflächenzustand: eine Art Elektronengas, das an der ausgedehnten Oberfläche lokalisiert ist.

"Dieser zweidimensionale Zustand ist Lehrbuchphysik", sagt Stefan Fölsch, "neu dagegen sind unsere Erkenntnisse darüber, wie die Quantenzustände kleinster Strukturen in den Shockley-Oberflächenzustand übergehen." Die Forscher vermuten, dass dies nicht nur bei Kupfer der Fall ist, sondern auch bei anderen Metallen. Erstmals dokumentieren Wissenschaftler die physikalische Verknüpfung von Quantenzuständen atomarer "Cluster" mit Eigenheiten herkömmlicher Oberflächen.

Fölsch sagt: "Wer einen Quantendraht aus einzelnen Atomen formt, der will natürlich wissen, welche elektronischen Eigenschaften der Draht hat und welche Dynamik die Elektronen in diesem eindimensionalen Objekt besitzen."

COMPAMED.de; Quelle: Forschungsverbund Berlin e.V.