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Gustav-Hertz-Preis: Ausgezeichnet: Schwingungen statt Strom



Zu den Preisträgern, die auf der diesjährigen Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft ausgezeichnet wurden, gehört Thomas Dekorsy vom Forschungszentrum Rossendorf. Er erhält den Gustav-Hertz-Preis, der jährlich für hervorragende Arbeiten jüngerer Physiker vergeben wird, für seine Forschungen zur Ultrakurzzeitspektroskopie an Halbleitern.

In den modernen Naturwissenschaften ist die Nachfrage nach Methoden groß, mit denen sich die Abläufe von Prozessen, die sich auf extrem kurzen Zeitskalen abspielen, in "Echtzeit" verfolgen lassen. Beispiele sind die Bewegungen von Elektronen in Halbleitern und Nanostrukturen, die Kinetik chemischer Reaktionen sowie die mit vielen Freiheitsgraden behaftete Dynamik von Biomolekülen. Die Beobachtung solcher Vorgänge erfordert eine zeitliche Auflösung von wenigen Femtosekunden (10E-15 Sekunden). Dieser so genannte "Ultrakurzzeitbereich" ist messtechnisch zugänglich, seitdem es Laser gibt, die entsprechend kurze Lichtpulse emittieren. Die Dauer dieser Pulse entspricht nur wenigen optischen Zyklen des elektromagnetischen Feldes.

Seit den Anfängen der optischen Spektroskopie im Femtosekunden-Zeitbereich vor wenigen Jahren stehen Halbleiter im Mittelpunkt des Interesses, um die Dynamik der Ladungsträger und deren Wechselwirkung mit Anregungszuständen im Festkörpergitter zu erforschen. Der Physiker Dekorsy hat hierzu während seiner Forschungstätigkeit am Institut für Halbleitertechnik der RWTH Aachen wesentliche Beiträge geliefert.

Als besonders auszeichnungswürdige Leistung gilt seine Beobachtung so genannter Bloch-Oszillationen. Das sind quantenmechanische Schwingungszustände der Ladungsträger im periodischen Kristall des Halbleiters. Aus unserem Alltag sind wir gewohnt, dass in einem Metall oder Halbleiter ein Strom fließt, wenn eine Gleichspannung angelegt wird. In einem idealen Gitter, in dem die Elektronen keinen Störungen ausgesetzt sind, sollte genau das nicht passieren. Viel-mehr – so die Voraussage der Theorie – sollten die Elektronen räumliche Schwingungen ausführen, wobei sie elektromagnetische Strahlung aussenden. In Lehrbüchern tauchen Bloch-Oszillationen eher als Kuriosum auf. Doch kann man sie tatsächlich in künstlichen Kristallen realisieren, die durch das alternierende Aufwachsen zweier verschiedener Halbleiter erzeugt wurden. Solche Schichtstrukturen können seit Anfang der neunziger Jahre in hinreichender Qualität hergestellt werden. Bis Bloch-Oszillatoren, also rein elektrisch getriebene Halbleiterbauelemente mit kontinuierlich abstimmbarer Emissionsfrequenz, realisiert werden können, muss die Grundlagenforschung noch einen weiten Weg gehen.

Aus: Spektrum der Wissenschaft 7 / 2001, Seite 105
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH

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