Gesundheit : TU-Berlin: Nanopyramiden: Die Gräber der Elektronen

Thomas de Padova

Physiker sind Bastler. Aus ein paar Spiegeln, Kristallen und Glasfasern bauen sie fantastische Apparaturen. Darin lässt sich Licht abbremsen, oder Lichtteilchen treten auf geheimnisvolle Weise wie telepathische Zwillinge miteinander in Verbindung. Am liebsten schrauben die Forscher alle Einzelteile selbst zusammen. Sie drehen Monate lang an sämtlichen Rädchen, bis alles richtig justiert ist.

Jetzt hat sich die Technische Universität Berlin eine neue Anlage per Kran ins Haus geholt, an der es gar nicht mehr viel zu werkeln und zu verbessern gibt. Es ist ein raumfüllender, kompakter Kasten. Und ein großzügiges Geschenk des Industrieunternehmens Aixtron und des Bundesforschungsministeriums, die dafür etwa 3,4 Millionen Mark zusammengelegt haben.

Entsprechend freudig war die Stimmung bei TU-Präsident Hans-Jürgen Ewers und Berlins Wissenschaftssenator Christoph Stölzl am Wochenende. Sie schlüpften bei der Einweihung des neuen Labors in transparente Reinraumanzüge und bestaunten die Maschine, die gegebenenfalls 10 000 Halbleiter-Laser pro Tag auswerfen könnte. Aber was wollen die Forscher mit dieser kleinen Fabrik?

Sie haben das selbe Ziel wie Aixtron und andere Unternehmen der Branche: Sie wollen noch bessere und billigere Lasermaterialien finden. Insbesondere geht es darum, den Laser auf die Bedürfnisse der optischen Datenübertragung in Glasfasernetzen abzustimmen. Diese Glasfasern leiten nicht jedes beliebige Laserlicht gleich gut. Ihre Transparenz und die Datenübertragungsraten sind bei bestimmten Frequenzen des Lichts besonders hoch. Der Laser muss also die richtige Farbe haben.

Forscher der TU-Berlin haben sich dabei auf ein Verfahren spezialisiert. Sie züchten in ihrem Labor das Herzstück solcher Laser: eine winzige, Licht emittierende Atompyramide, auch "Quantenpunkt" genannt. Unter geeigneten Bedingungen wachsen derartige Pyramide quasi von selbst. Diese überraschende Selbstordnung der Atome befreit die Wissenschaftler von der mühevollen Arbeit, kleinste Laser etwa mittels lithografischer Techniken herstellen zu müssen.

In der neuen Anlage kommen die Atome als langsamer, gleichsamer Gasstrom aus einer Öffnung. Sie legen sich danach Schicht für Schicht auf einen kleinen Teller - etwa eine Atomlage pro Sekunde. Druck, Temperatur und vor allem die atomare Zusammensetzung des Gases bestimmen das Wachstum.

Atomschichten aus dem heute in der Elektronik gebräuchlichen Galliumarsenid zum Beispiel ordnen sich ganz regelmäßig übereinander an, erläutert Udo W. Pohl vom Institut für Festkörperphysik der Technischen Universität. Doch wenn plötzlich artfremde Legierungen ins Spiel kommen, die sich nicht mehr mir nichts, dir nichts in die Kristallstruktur einfügen wollen, treten Zug- und Druckspannungen auf. Dann bilden sich an vielen Stellen kleine Inseln, die sich nach und nach zu 100 Atomlagen hohen Pyramiden auftürmen können. 100 Milliarden solcher Pyramiden aus Indium-Gallium-Arsenid wachsen mitunter auf jedem Quadratzentimeter einer Galliumarsenid-Unterlage.

Jede dieser Pyramiden ist ein kleiner Käfig für Ladungen. Geraten Elektronen oder ihre positiv geladenen Counterparts (Löcher) einmal hinein, bleiben sie darin gefangen. Die Energie des Elektrons hängt von der Größe der Pryamide, also der Zahl der Atome ab. Die Pyramidengröße legt damit auch die Frequenz des Lichtes fest, das der "Quantenpunkt" aussendet, wenn sich Elektronen und Löcher treffen und zerstrahlen.

Die Forscher der TU-Berlin wollen das Wachstum der "Quantenpunkte" nun mit Hilfe der neuen Apparatur genau studieren. Die beachtliche Förderung seitens der Industrie unterstreicht, wie viel man sich von der Methode künftig verspricht. Die Optoelektronik dürfte schon bald neue Verbindungen für Computernetze oder auch das auf Halbleitern basierte Fernsehen möglich machen. Berlin und sein in Deutschland einzigartiges Forschungsnetz auf diesem Gebiet könnten mit dem neuen Labor einmal mehr einen wichtigen Schritt nach vorne gemacht haben.

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