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Physik: Bizarre Elektronenkristalle



Schon 1934 sagte Eugene P. Wigner die Existenz bizarrer Kristalle voraus, die ausschließlich aus Elektronen bestehen. Ihr Nachweis gelang erst 40 Jahre später auf der Oberfläche winziger Heliumtröpfchen. Jetzt hat ein deutsch-russisches Team um Alexei Filinov und Michael Bonitz von der Universität Rostock mit einem Computermodell erkundet, wie die Elektronenkristalle entstehen. Die Forscher simulierten ein elektrisches Feld, das bis zu 20 Elektronen entgegen ihrer wechselseitigen Abstoßung auf einer Kreisfläche zusammensperrte. Wie sich zeigte, ordnen sich die Teilchen in konzentrischen Schalen an. Dabei schwingen sie um Gleichgewichtspositionen und können sogar von einem Platz zum anderen springen. Werden sie gekühlt, gefriert das zuvor noch flüssige Ensemble zu einem Kristall, dessen Gitterplätze die Elektronen nicht mehr verlassen. Denselben Effekt hat eine verstärkte Kompression durch das äußere Feld. Wird jedoch der Druck zu groß, durchdringen sich die Elektronenwolken gegenseitig – bis der Kristall wieder schmilzt. Und schließlich konnten die Forscher sogar durch Hinzufügen oder Entfernen einzelner Teilchen die Kristallbildung beeinflussen. Die Resultate eignen sich als Rezept, um die Beweglichkeit einer Hand voll Elektronen gezielt zu steuern. Sie eröffnen damit neue Möglichkeiten zum Bau winziger elektronischer Schaltelemente. (Physical Review Letters, Bd. 86, S. 3851)

Aus: Spektrum der Wissenschaft 6 / 2001, Seite 25
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
6 / 2001

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 6 / 2001

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