Künstliche Atome für bessere Halbleiter-Laser
Physikern der Universität Würzburg ist es nun erstmals gelungen, einzelne künstliche Atome, bestehend aus positiven und negativen Ladungen, isoliert zu untersuchen und ihr Verhalten zu beschreiben.
Solche künstlichen Atome bilden laut Dr. Bayer vom Würzburger Lehrstuhl für Technische Physik die Grundlage für eine neue Generation von Halbleiterlasern.
"Künstliche Atome"
So genannte künstliche Atome sind heiß umforschte Objekte. Die
moderne Halbleitertechnologie erlaubt es, ultrakleine Strukturen
anzufertigen, die nur wenige Milliardstel Meter groß sind und
Quantenpunkte genannt werden. Wie Dr. Manfred Bayer erläutert,
können in diesen Quantenpunkten "künstliche Atome" erzeugt werden,
wenn man in kontrollierter Weise negative und positive Ladungen
injiziert. Über ihren Erfolg berichten die Forscher aus Würzburg im
"Nature Magazine" unter dem Titel "Hidden symmetries in the energy
levels of excitonic 'artificial atoms'" [22. Juni].
Nature MagazineNeue Generationen von Halbleiterlasern
Diese wären herkömmlichen Lasern, wie sie etwa in CD-Spielern derzeit zu finden sind, deutlich überlegen.
Dazu haben die Würzburger Physiker unter der Leitung von Prof. Dr. Alfred Forchel einen wesentlichen Beitrag geleistet.
"Hundsche Regeln" umgangen
Die Untersuchungen ergaben, dass die Hundschen Regeln [sie geben
an, wie sich die Elektronen in der Atomhülle anordnen müssen, um den
energetisch günstigsten Zustand auszubilden] bei künstlichen Atomen
ihre Gültigkeit verlieren. An ihre Stelle treten so genannte
verborgene Symmetrien. Diese Symmetrien sind nicht offensichtlich:
Eigentlich wird für das System ein sehr kompliziertes Verhalten
erwartet, das aus der Wechselwirkung von negativen und positiven
Ladungen resultiert. Die aktuellen Forschungsergebnisse zeigen
jedoch, dass sich auf geradezu magische Weise die Wechselwirkungen
zwischen den Teilchen kompensieren. Man spricht hier von einer
Kondensation."
Arbeitsgruppe Optische Spektroskopie der Universität WürzburgPunktgenau
Für Atome, wie sie in der Natur vorliegen, gelten die "Hundschen Regeln". Sie geben die Elektronen-Verteilung in der Atomhülle für den energetisch günstigsten Zustand an.
Die Physiker stellten jedoch fest, dass die vorhergesagten Wechselwirkungen zwischen den Teilchen ausblieben.
Das ermöglicht einen neuen technologischen Ansatz für künftige Halbleiter-Laser.
Nist Physics Laboratory