Halbleiter: Geblitzt: Elektronen in Bewegung

Aber noch ist zu wenig über die Kohlenstoffpartikel bekannt, etwa wie der elektrische Strom in dem Material fließt. Forschern vom Berliner Max-Born-Institut (MBI) ist nun ein wichtiger Schritt gelungen: Sie „filmten“ die Bewegungen von Elektronen in dünnen Kohlenstoffschichten. Wie sie im Fachmagazin „Physical Review Letters“ berichten, machten sie mithilfe von Laserblitzen Aufnahmen von den Elementarteilchen – und zwar alle zehn Femtosekunden, wobei eine Femtosekunde der billiardste Teil einer Sekunde ist. „Die bisherigen Verfahren sind rund fünfmal langsamer“, sagt Markus Breusing vom MBI.

Dank des Hochgeschwindigkeitsfilms konnten sie beobachten, was mit Elektronen passiert, wenn ihnen Energie zugeführt wird, etwa in Form eines Laserblitzes: Sie bewegen sich heftig und stoßen ständig aneinander, so dass sie sich binnen 30 Femtosekunden auf 2500 Grad Celsius erhitzen. Durch Kollisionen mit dem Kristallgitter geben sie einen großen Teil der Energie wieder ab, daraufhin sinkt die Temperatur in den folgenden 500 Femtosekunden auf 200 Grad. Erst nach einigen tausend Femtosekunden kehren die Elektronen in ihren ursprünglichen Zustand zurück. Breusing: „Die Ergebnisse können dabei helfen, Transistoren zu entwickeln, die den Stromfluss extrem schnell an- und ausschalten.“