Neues zur Lebensdauer von Quasiteilchen in Metallen

06.08.2010 - Deutschland

Physiker an der Universität Duisburg-Essen haben ein Verfahren gefunden, die Wanderungsbewegung von Elektronen zu beeinflussen und damit neue Einsichten zur Elektronendynamik an Grenzflächen zwischen Halbleiter und Metall gewonnen.

Es ist ein in der Physik vertrauter Vorgang: Rechnerisch liegt ein Ergebnis seit langem vor, aber im Experiment kommt man zu davon abweichenden Ergebnissen. Und manchmal dauert es Jahrzehnte, bis es gelingt, die Theorie im Experiment zu bestätigen. Ein solcher Fall einer Diskrepanz zwischen Theorie und Experiment gab es bislang in der Frage der Lebensdauer von Quasiteilchen in Metallen.

Geschlossen haben diese Forschungslücke nun Prof. Uwe Bovensiepen, inzwischen Physiker im Sonderforschungsbereich 616 „Energiedissipation an Oberflächen“ an der Universität Duisburg-Essen (UDE) und seine Mitarbeiter in Kooperation mit Kollegen aus Spanien. Die Experimente wurden an der Freien Universität Berlin durchgeführt, wo Bovensiepen bis vor kurzem tätig war. Damit hat die Forschung neue Einsichten zur Elektronendynamik an Grenzflächen zwischen Halbleiter und Metall gewonnen, wichtig für die Herstellung immer kleinerer Strukturen, etwa in Mikroprozessoren.

Die bisherigen Ergebnisse wurden durch Wanderungsbewegungen der Elektronen beeinflusst. Diese wiederum sind abhängig von dem Substrat, auf dem sich das Metall befindet, das gerade untersucht werden soll. Möchte man beispielsweise die Elektronendynamik im Blei untersuchen und bringt zu diesem Zweck eine dünne Bleischicht auf einem Kupfersubstrat auf, dann lösen sich einige Elektronen aus dem Blei und entschwinden ins leifähige Kupfer.

Die Forscher haben nun ein Verfahren gefunden, dieses Abwandern zu verhindern. „Wir können die Elektronen einsperren, indem wir die entsprechenden Rahmenbedingungen herstellen. Das gelingt mit halbleitenden Substraten, die unterhalb einer bestimmten Temperatur nicht mehr leiten“, so Bovensiepen.

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