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"Wir wissen nun, dass dieser Effekt in Halbleitern
mit einer ganz bestimmten Bandstruktur auftritt", so Bonitz. "In
gewöhnlichen Festkörpern sind Elektronen und Löcher (sie entstehen,
wenn Elektronen angeregt werden) weit ausgedehnt - eine Konsequenz der
Quantenmechanik. Elektronen und Löcher durchdringen das Material wie
eine Flüssigkeit." Wenn jedoch die Masse eines Lochs den kritischen
Wert des 80fachen der Elektronenmasse übersteigt, verwandelt sich die
Lochflüssigkeit spontan in einen Kristall. Des Weiteren liegen starke
Hinweise vor, dass sich in derartigen Halbleitersystemen bei
Verringerung des Drucks Bose-Kondensate von gebundenen Elektron-Loch
Paaren (sogenannten Exzitonen) ausbilden können. "Die nächste
spannende Frage ist, unsere Vorhersage zum Lochkristall in einem
Experiment zu bestätigen", beschreibt der Physiker den weiteren Weg.
Geeignete Materialsysteme seien bereits vorgeschlagen worden.
Der Lochkristall ist für den Wissenschaftler vom
Institut für Theoretische Physik und Astrophysik auch aus einem
weiteren Grund von Interesse: "Wir konnten zeigen, dass er viele
Gemeinsamkeiten mit ganz anderen Kristallen, wie etwa Plasmakristallen
oder Ionenkristallen, besitzt." Besonders reizvoll sei, dass der
Lochkristall viele Ähnlichkeiten mit einigen der rätselhaftesten
Objekte im Universum - Weißen Zwergen und Neutronensternen - besitzt.
In diesen exotischen, weit entfernten Objekten vermutet man die
Existenz eines Ionenkristalls. "Wichtige Eigenschaften dieser
Systeme", hofft Bonitz, "lassen sich möglicherweise bald im Labor an
einem Lochkristall studieren".
Dieser ungewöhnliche Kristall sei auch für die
Materialforschung von Interesse, so Bonitz, "weil er möglicherweise
günstige Voraussetzungen für Supraleitung bietet." Während
Supraleitung (Stromfluss ohne Widerstand) derzeit nur bei extrem
tiefen Temperaturen funktioniert, erwartet z.B. der
Physik-Nobelpreisträger von 2003, Alexei Abrikosov, dass Systeme mit
einem Lochkristall schon bei wesentlich höheren Temperaturen
supraleitend werden. Eine Herausforderung für die Kieler
Wissenschaftler und ihre Partner: "Ein wichtiges Ziel unserer weiteren
Untersuchungen wird es sein, diese Vorhersagen zu überprüfen".
Professor Michael Bonitz arbeitete für seine
Forschungen mit einem deutsch-russischen Wissenschaftlerteam zusammen,
zu dem Professor Holger Fehske (Uni Greifswald) und Dr. Vladimir S.
Filinov (Institute for High Energy Density, Moskau) gehörten. Das
Projekt ist Teil des kürzlich von der Deutschen Forschungsgemeinschaft
bewilligten Transregio-Sonderforschungsbereiches 24 "Grundlagen
komplexer Plasmen", der an den Universitäten Greifswald und Kiel
angesiedelt ist. |
