Elektronengebirge im Bismutkristall: Die Reliefkarte zeigt die Energieverteilung der Elektronen, abhängig von der Stärke des Magnetfeldes in Tesla (T) und des Kippwinkels der Probe. [weniger]
In Bismut gilt das gängige elektronische Modell für Metalle nicht Auch einfache Materialien halten für Physiker immer wieder Überraschungen bereit. So haben Forscher des Dresdener Max-Planck-Instituts für Chemische Physik fester Stoffe im Metall Bismut eine elektronische Eigenschaft beobachtet, die sie nur bei deutlich komplexeren Materialien erwarteten. Denn im Bismut verhalten sich die Elektronen anders als die freien Elektronen in einfachen Metallen: Je nach der Richtung, in der sie sich durch den Kristall bewegen, kommen sie mal leichter und mal schwerer voran, weil ihre Energieverteilung von der Perspektive abhängt. Das ist in etwa so wie in einem Gebirge, in dem ein Wanderer auf einer Route viele hohe Gipfel überwinden muss, auf einer anderen dagegen nur auf wenige Berge trifft. Andere Metalle ähneln in diesem Bild eher einer Ebene, die sich in allen Richtungen gleich präsentiert. In Bismut gibt es in dem Energiegebirge drei sogenannte Täler, in denen sich die Elektronen ansammeln können. Überraschender Weise verteilen sich die Elektronen aber ungleich auf diese energetisch gleichen Täler. Die ungewöhnliche Energieverteilung haben die Wissenschaftler mit einem von ihnen selbst entwickelten, sehr empfindlichen Messgerät für die Längenausdehnung einer Probe entdeckt. Auf diese Weise ließe sich auch die elektronische Energieverteilung in Materialien untersuchen, die für eine völlig neue Art der Elektronik interessant sind.
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