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"Quantensprung" zum Halbleiter



Bochum, 14.01.1998
Nr. 8

Der Quantensprung zum Halbleiter
Evang. Studienwerk fördert Bochumer Physiker
Schwerpunktprogramm in RUB-Nanoelektronik


Moderne Halbleiter sollen in Bochum aus der Verknüpfung von
Quantentheorie und Relativitätstheorie hervorgehen. Dafür richtet das
Evangelische Studienwerk e.V. Villigst an der RUB einen
Promotionsschwerpunkt ein, dessen Bedingungen und Fördersumme den von
DFG-Graduiertenkollegs vergleichbar sind. Der Schwerpunkt
,Wechselwirkung: Grundlagen der relativistischen Quantenphysik -
Nanoelektrische Systeme in Halbleitern" unter der Leitung von Prof.
Dr. Andreas Wieck (Angewandte Festkörperphysik, Fakultät für Physik
und Astronomie der RUB) und Prof. Dr. Detlev Buchholz (Theoretische
Physik, Fakultät für Physik, Univ. Göttingen) ist eines von nur vier
bewilligten Kollegs aus 52 Anträgen an das Ev. Studienwerk.

Zwölf Projekte für die Zukunft der Elektrotechnik

Ab April 1998 werden insgesamt zwölf Doktoranden in einem Zeitraum
von fünf Jahren gefördert, um Fragestellungen des Schwerpunktes zu
bearbeiten: Sechs direkt in der RUB zu experimentellen
Fragestellungen aus der Quantenphysik; weitere sechs Arbeiten mit
theoretischem Hintergrund werden in der Universität Göttingen in
enger Kooperation mit Bochum entstehen. Diese Fragen der
Grundlagenforschung an elektrischen Leitern werden ihre Anwendung
später in der Elektronik finden.

"Vollförderung für Doktoranden"

Das Evangelische Studienwerk unterstützt die Promotionen als
,Vollförderung"; die Studenten haben somit keine Lehrverpflichtung
und können sich ganz auf ihre Forschung konzentrieren. Das
Studienwerk stellt auch Mittel für Reisen zu internationalen
Kongressen und Vorträgen sowie zu Trainings- und
Forschungsaufenthalten zur Verfügung. Das Stipendium ist von seinem
Förderungsumfang her am ehesten mit dem Graduiertenkolleg der
Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) zu vergleichen.

Quanten noch relativ ungenau

Obwohl die Quantentheorie und die Relativitätstheorie einzeln jeweils
bestens belegt sind und ein solides Fundament der modernen Physik
darstellen, steht eine konsequente Verknüpfung der Systeme immer
noch aus. Das gilt besonders für untereinander wechselwirkende
Systeme. In diesem Zusammenhang muß auch noch untersucht werden, wie
Strahlung und Materie einander beeinflussen. Das betrifft auch die
Kompatibilität von Quantentheorie und Gravitation.

Halbleiter in Nanotechnologie

Der Schwerpunkt der experimentellen Forschung in Bochum wird in der
sogenannten Nanotechnologie von Halbleitern liegen. Exemplarisch geht
es dabei um den ,Quantum-Hall-Effekt", den Nobelpreisträger von
Klitzing 1982 entdeckte: Wird ein Magnetfeld an einen Halbleiter
angelegt, so führt das zu einer Entartung der Energiezustände; der
Halbleiter leitet dann sogar noch bei Temperaturen knapp über dem
absoluten Nullpunkt (-273 Grad Celsius). Unter diesen Umständen hat
von Klitzing den Quanten-Hall-Effekt, die Quantisierung des
Hall-Widerstandes entdeckt. Die gängige Vorstellung ist, daß die
normale Elektronendichte eines Halbleiters zu mikroskopischen
Ringströmen mit genau definierter Ausdehnung verändert wird, wenn man
ein Magnetfeld von außen anlegt. Die Stromdichte im mittleren Bereich
der flächigen Probe hebt sich dann exakt auf. Die Breite eines
solchen ,Quanten-Hall-Plateaus" kann aber nur durch zusätzlich über
die ganze Probe fließende Ströme erklärt werden. Dieses Problem will
Prof. Wieck mit seinen Stipendiaten untersuchen.

Ion für Ion implantieren

Mit fokussierter Ionenimplantation (Focussed Ion Beam, FIB), einer in
dieser Konfiguration nur in Bochum vorhandenen Anlage, will Wieck die
Ränder einer solchen Probe neu definieren und dabei den
grundlegenden Phänomenen der Wechselwirkung von
Ladungsträger-Transport und Materie auf die Spur kommen. Die
eingebrachten Ionen dienen als intentionell eingebrachte Streuzentren
und beeinflussen die elektromagnetischen Randzustände im
Quanten-Hall-Bereich. Über diese nun neu definierten
Störstellenbereiche können die Wissenschaftler eine Spannung
anlegen, mit deren Hilfe sie den Randbereich des Elektronengases um
bis zu einige µm verschieben. So können die Quanten-Hall-Spektren
verschoben, einige Zustände unterdrückt und besser untersucht
werden. Diese Methoden sind für die Entwicklung zukünftiger
Technologien in der Elektronik zentral.

Mit Göttinger Physiker die Theorie erweitern

Sechs weitere theoretische Untersuchungen sollen Klarheit über die
Verknüpfung der Relativitäts-und Quantentheorie bringen. Die
Doktoranden aus Göttingen werden kritisch den Bestand aufnehmen und
Probleme bewerten. Schließlich werden sie mit Bochumer Unterstützung
Perspektiven zur weiteren systematischen Bearbeitung und Lösung der
Aufgaben erarbeiten.

Stipendiaten werden noch im Januar beannt

Prof. Wieck hat die Dissertationsvorhaben für Bochum beantragt und
ist auch Mitglied des Gremiums, das über die Vergabe der Themen
entscheidet. Er ist einer der ersten Naturwissenschaftler, die von
einer sonst hauptsächlich an Geisteswissenschaftler vergebenen
Förderung profitieren. In diesem Promotionsschwerpunkt wird Wieck mit
verschiedenen Lehrstühlen - auch an anderen Universitäten
-kooperieren, darunter auch mit seinen Bochumer Kollegen Prof. Dr.
Claus Rolfs (Experimentalphysik, Physik mit Ionenstrahlen) und Prof.
Dr. Ulrich Kunze  (Werkstoffe der Elektrotechnik); eine Kooperation
ist auch mit dem Institut für Materialwissenschaften der Universität
Wuppertal vorgesehen. Noch im Januar werden die Stipendiaten
voraussichtlich ausgewählt, die dann an diesen Forschungsprojekten
arbeiten.

Weitere Informationen

Prof. Dr. Andreas Wieck, Ruhr-Universität Bochum, Fakultät für
Physik und Astronomie, Angewandte Festkörperphysik, 44780 Bochum;
Tel.: 0234/700-6726, Fax: 0234/7094-380, E-Mail:
andreas.wieck@ruhr-uni-bochum.de


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Mit freundlichen Gruessen

Dr. Josef Koenig
RUB - Ruhr-Universitaet Bochum
- Pressestelle -
44780 Bochum
Tel: + 49 234 700-2830, -3930
Fax: + 49 234 7094-136
Josef.Koenig@ruhr-uni-bochum.de

Schauen Sie doch bei uns mal rein:
http://www.rz.ruhr-uni-bochum.de/pressestelle

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