Gegen den Strom

News: Gegen den Strom

Breitet sich eine Schallwelle in einem elektrischen Leiter aus, so reißt sie Elektronen mit sich, wodurch ein Strom in Ausbreitungsrichtung der Wellen fließt. Nun beobachteten Forscher das Gegenteil: Zwar stellten sie in einem Schichtpaket aus zwei Materialien ebenfalls diesen charakteristischen Stromfluss fest, doch war er viel kleiner als erwartet. Der Grund ist offenbar ein elektrisches Feld, das dem Schalldruck entgegen wirkt.

Thorsten Krome

Ähnlich wie der Wind, der im Herbst die Blätter mitreißt, zieht auch eine Schallwelle, die ein elektrisch leitfähiges Material durchdringt, die freien Elektronen mit sich. Der "akustische Wind" äußerst sich also durch einen messbaren Strom in Ausbreitungsrichtung der Schallwelle.

Mit diesem so genannten akustoelektrischen Effekt lässt sich beispielsweise untersuchen, inwieweit die Ladungsträger eines leitfähigen Materials mit dessen Kristallgitter wechselwirken. Von besonderem Interesse sind dabei Manganoxid-Verbindungen, denn deren elektrische Eigenschaften ändern sich dramatisch, wenn sie einem Magnetfeld oder einem hohen Druck ausgesetzt werden. Und so widmeten sich auch Henryk Szymczak von der Polish Academy of Sciences in Warschau und seine Kollegen vom Ioffe Physico-Technical Institute in St. Petersburg den technisch vielversprechenden Materialien.

Die Forscher untersuchten den akustoelektrischen Effekt in Manganatfilmen auf einer Unterlage aus Lithium-Niob-Oxid. Dabei beobachteten sie ein ungewöhnliches Verhalten: Die Schallwellen erzeugten zwar einen elektrischen Strom in dem Schichtpaket, doch fiel dieser viel geringer aus, als eigentlich erwartet. Was war der Grund?

Die Wissenschaftler stellten fest, dass offenbar das Substrat für den ungewöhnlichen Stromfluss verantwortlich war. Denn dabei handelte es sich um ein piezo-dielektrisches Material – also einen Stoff, in dem unter Druck ein elektrisches Feld erzeugt wird. Da die Schallwelle in dem Lithium-Niob-Oxid ein regelrechtes Muster aus komprimierten und entspannten Bereichen hervorruft, entsteht auch hier ein elektrisches Feld. Dieses beschleunigt nun die Leitungselektronen im darüber liegenden Manganatfilm entgegen der Ausbreitungsrichtung des Schalls, sodass ein Strom in die entgegengesetzte Richtung resultiert.

Die Forscher bezeichnen dies als anomalen akustoelektrischen Effekt. Zwar tritt er nur in der Grenzschicht zwischen den Materialien auf und ist damit längst nicht so groß wie sein normaler Verwandter, doch reicht er aus, die Stromstärke deutlich zu verringern.

Für technologische Aspekte ist der Effekt offenbar zu gering. Doch bietet er sich eventuell an, die Druckabhängigkeit von elektrisch leitfähigem Material zu untersuchen. Das wäre vor allem in solchen Fällen günstig, in denen konventionelle Methoden schwierig oder gar nicht anwendbar sind, wie eben bei solch dünnen Filmen, aber auch bei Materialien der Nanotechnik.