Jeder, der schon einmal ein Laptop benutzt hat, kennt das Problem: Aus einem seitlichen Blickwinkel lässt sich kaum noch erkennen, was der Bildschirm gerade anzeigt. Es gibt zwar qualitativ hochwertige Feldemissions-Flachbildschirme, die aus jeder Richtung gesehen das gleiche Bild bieten. Doch ist ihre Herstellung sehr aufwendig, denn sie bestehen aus Millionen Nadeln, die nur wenige Nanometer groß sind. Der Schirm erscheint dann beleuchtet, wenn ein starkes elektrisches Feld Elektronen aus den Spitzen der Nadeln löst, fast so wie kleine Blitze. Aus zwei Gründen sind solche Bildschirme besonders teuer: Zum einen sind Hochspannungs-Stromkreise notwendig, um die benötigte Spannung zu erreichen. Ausserdem müssen die Nadeln sehr exakt übereinstimmen, weil sonst nur die spitzesten von ihnen Elektronen emittieren würden.

Trotz der Nachteile gab es zu diesen Nadeln keine Alternative. Zumindest nicht, bis Vu Thien Binh und seine Mitarbeiter von der University of Lyon in Villeubanne eine fünf Nanometer dünne Schicht aus Halbleiter-Material auf eine Platinplatte aufbrachten. Dabei entdeckten sie, dass nur eine rund 90 Prozent geringere Spannung als üblich nötig war, um einen stetigen Elektronenfluss aus der Platte zu verursachen. Die Schwelle, bei der Elektronen dem Metall entkommen können, war von 5 auf 0,7 Elektronenvolt gesunken. Außerdem wurden einheitliche Metallspitzen unwichtig, weil der Strom von einer flachen Oberfläche aus fließt. "Jetzt brauchen wir nur noch eine konventionelle zweidimensionale Struktur, das ist wesentlich einfacher", erklärt Vu Thien – und erheblich billiger. Trotzdem blieb es ein Rätsel, warum diese ultradünne halbleitende Schicht (UTSC) es den Elektronen erleichterte, das Metall zu verlassen.

In Zusammenarbeit mit Christophe Adressi von der University of Franche-Comté in Besançon hat Vu Thien nun eine Erklärung gefunden: Ohne äußeres elektrisches Feld füllen die Elektronen in der Metallschicht einen See von Quantenzuständen bis zum so genannten Fermi-Niveau. Um in die Schicht über dem Metall zu gelangen, müssen die Elektronen um 0,7 Elektronenvolt auf ein leicht höheres Niveau springen. Von dort aus brauchen sie weitere vier bis fünf Elektronenvolt, um der UTSC-Schicht völlig zu entkommen. Liegt aber ein äußeres Feld an, springen ein paar einzelne Elektronen in die UTSC-Schicht und erzeugen so ein zusätzliches Feld, das deren Quantenniveaus zu niedrigeren Energien hin "verbiegt": Es entsteht eine Art Potentialtopf. Wirkt das Feld auf die Elektronen, fließen diese vom Metall in den Topf. Sobald er gefüllt ist, laufen die Teilchen ins Vakuum über.

"Das ist bisher das einzige Modell, dass die beobachteten Effekte erklärt", sagt Henryk Birecki von Hewlett-Packard in Palo Alto, Kalifornien. Vu Thien arbeitet nun daran, seine Idee zu einem kommerziellen Produkt weiter zu entwickeln, das in weniger als zwei Jahren auf den Markt kommen soll.