Chips und Würmer

News: Chips und Würmer

Eine Gruppe Werkstoffwissenschaftler hat eine Methode entwickelt, bei der atomgroße "Regenwürmer" schlangenförmige, nur ein paar Atome breite Gräben durch Halbleiter "fressen". Die "Würmer" entstanden, als die Forscher zwei Elemente in einem dünnen Film mischten und dann abkühlen ließen. Auf diese Weise könnten vielleicht eines Tages Chipbestandteile hergestellt werden, die so winzig sind, daß sie das Quantenverhalten der von ihnen eingeschlossenen Elektronen ändern würden. Solche "Quantendrähte" könnten dann Meßfühlinstrumente und Laser verbessern.

Schon heute nutzen Halbleiterlaser – wie zum Beispiel in CD-Geräten – die Quantenmechanik aus, indem sie Elektronen in einer atomdicken Schicht, dem sog. Quantenschacht, gefangen halten. Den Gesetzen der Quantenphysik zufolge gestatten die engen Begrenzungen den Elektronen nur einige wenige verschiedene Energiezustände. Ein Laser basiert darauf, daß er Elektronen zwingt, zwischen unterschiedlichen Energiezuständen hin und her zu springen. Daher führt eine bessere Begrenzung zu einem effizienteren Laser. Nun träumen die Werkstoffwissenschaftler schon vom nächsten Schritt bei der Elektronenbegrenzung: Quantendrähte, die die Elektronen in einer einzigen Raumdimension gefangen halten und zum Beispiel Laser noch effizienter gestalten würden.

„Der Trick dabei ist“, so Mohan Krishnamurthy, Werkstofftechniker an der Michigan Technological University in Houghton, „etwas zu ersinnen, das qualitativ hochwertige Drähte elegant und mit relativ hohem Durchsatz produziert.“ So versuchte Krishnamurthy, Bedingungen zu schaffen, in denen Drähte gewissermaßen von selbst entstehen. Wie er und seine Kollegen in den Physical Review Letters vom 2. Februar 1998 berichten, begannen sie, indem sie einen dünnen Film aus einer Legierung aus Germanium und Zinn produzierten – zwei Halbleiter, die es nicht mögen, vermengt zu werden. Wie erwartet, schied sich das Zinn ab, als die Mischung abkühlte. Dann jedoch, als das Zinn versuchte, seine Energie abzubauen, passierte etwas Unerwartetes. „Wie Regenwürmer begannen die Zinn-Kleckse die [Legierung] aufzufressen, das Germanium auszuspucken und das Zinn zu behalten“, sagt Krishnamurthy. Hinter sich ließen sie gewundene Gräben von Germanium.

Bevor die Gräben – oder deren Wände – indes in Quantendrähte verwandelt werden können, bleibt ein offensichtliches Problem bestehen: Wie kann man die sich windenden Zinntröpfchen so steuern, daß sie geradlinige Pfade formen? „Die Chancen, daß dieses spezielle Vorhaben funktioniert, sind gleich Null“, erklärt Max Lagally, Werkstoffwissenschaftler an der University of Wisconsin, Madison. Doch wenn man, so Lagally, die Dichte der Tröpfchen und die Richtung, in der sie wandern, kontrollieren könnte, könnte die Methode vielleicht bei Geräten eingesetzt werden, die kein so präzises Muster benötigen, wie zum Beispiel Infrarotdetektoren.