Mit einem speziell entwickelten Rastertunnelmikroskop ist es Physikern um Alexander Weismann von der Georg-August-Universität Göttingen gelungen, die durch bestimmte "Störungen" in einem Festkörper hervorgerufenen Elektronenwellen im Nanometerbereich sichtbar zu machen. Die Form der beobachteten Muster hängt von der so genannten Fermifläche ab, welche die energetischen Zustände der Elektronen in einem Metall charakterisiert.

Je nach den Versuchsbedingungen lässt sich die Materie in der Quantenmechanik als Welle oder Teilchen beschreiben. Der Wellencharakter von Elektronen, der maßgeblich die physikalischen Eigenschaften eines Festkörpers bestimmt, ist experimentell jedoch nur schwer sichtbar zu machen. Anders als Wasserwellen, die sich auf der Oberfläche eines Sees nach einem Steinwurf kreisförmig ausbreiten, kann die Ausbreitung von Elektronenwellen sehr komplexe Strukturen annehmen.

Als Defekte, also Störungen im Kristallgitter, verwendeten die Forscher einzelne Kobaltatome, die sie mehrere Atomlagen unter der Oberfläche einer Kupferprobe einbrachten. In reinem Kupfer breiten sich die vom Rastertunnelmikroskop ausgesandten Elektronenwellen gleichmäßig aus – an den Verunreinigungen werden die Elektronen allerdings gestreut. Dadurch entsteht ein stehendes Wellenmuster mit langer Reichweite, das mit Hilfe des Rastertunnelmikroskops an der Oberfläche sichtbar gemacht werden konnte.
Anhand des Interferenzmusters erkannten Weismann und seine Kollegen, dass sich die Elektronenwellen innerhalb des Festkörpers in bevorzugte Richtungen ausbreiten. Dieses Phänomen, das durch die Form der Fermifläche bestimmt und als Elektronenfokussierung bezeichnet wird, könnte laut den Wissenschaftlern ähnlich wie ein Echolot eingesetzt werden, um das Verhalten von Elektronen auch relativ tief im Material abzubilden.

Beispielsweise könnten mit der neuen Technik magnetische Schichtstrukturen, wie sie bei GMR-Leseköpfen (Riesenmagnetowiderstand) von Computerfestplatten zu finden sind, untersucht werden. Damit wäre auch ein Blick in die magnetischen und strukturellen Eigenschaften unterhalb der Oberfläche möglich.