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    Fakultät für Physik und Astronomie

    Elektronenwellen sichtbar gemacht - Vom Teilchen-Welle-Dualismus der Quantenmechanik und dessen Abbildung mit dem Rastertunnelmikroskop

    Samstag, 11. März 2017

    um 10.30 Uhr im Max-Scheer-Hörsaal im Hörsaalbau der Naturwissenschaften

    Rastertunnelmikroskop-Aufnahme
    Rastertunnelmikroskop-Aufnahme von der Oberfläche einer Blei-Silber–Legierung (links). Zwei Stufenkanten, deren Höhe nur einer atomaren Lage entspricht, sind deutlich zu erkennen. Die auf den flachen Terrassen befindlichen Elektronen können diese Stufenkanten nicht überwinden und werden reflektiert. Dadurch bilden sich Wellenmuster, ähnlich jenen am Rande von Bassins (rechts).

    In der klassischen Physik und unserer Anschauung lässt sich jedem Objekt eindeutig ein Aufenthaltsort zuordnen, an dem es sich zu einem gegebenen Zeitpunkt befindet.  In Folge der Entwicklung der Quantenmechanik Anfang des 20. Jahrhunderts wurde hingegen der Begriff der Wellenfunktion eingeführt, woraus sich zwei für Physiker bedeutende und für die Alltagserfahrung irritierende Konsequenzen ergaben:  Erstens lässt sich für Wellen kein wohldefinierter Aufenthaltsort, sondern nur noch eine Aufenthaltswahrscheinlichkeit angeben.  Ein mittels Wellenfunktion beschriebenes „Teilchen“ ist also quasi im Raum verschmiert.  Zweitens führen Wellen zu Überlagerungseffekten, sogenannten Interferenzen, wie sie für klassische Teilchen unbekannt waren.   

    Heute wissen wir, dass sich das Verhalten mikroskopischer Teilchen, wie zum Beispiel Elektronen oder auch Atomen, tatsächlich sehr präzise durch Wellenfunktionen beschreiben lässt.  Allerdings war es aufgrund des eher abstrakten Konzeptes der Wellenfunktion lange Zeit kaum möglich seine Konsequenzen einer breiten Öffentlichkeit zu veranschaulichen.  Hier hat die experimentelle Methode der Rastertunnelmikroskopie (RTM) völlig neue Zugänge eröffnet, da sie die Abbildung der Elektronen-Verteilung auf Oberflächen mit atomarer Auflösung ermöglicht. Zugleich erlauben Computer-basierte Animationen einen unmittelbaren und leicht verständlichen Zugang zu den Daten.  In meinem Vortrag werde ich nach einer kurzen Einführung in die Grundlagen einige Beispiele aus der aktuellen Forschung präsentieren, die zeigen, wie mittels RTM zugleich eindrucksvolle und für die Forschung wertvolle Erkenntnisse über die Eigenschaften von Elektronen gewonnen werden können.

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