[27.04.2009] Vom Ohmschen Gesetz haben die meisten schon einmal in der Schule gehört. Der Physiker Georg Simon Ohm hat dabei den Zusammenhang zwischen Spannung, Strom und Widerstand festgestellt. Obwohl die Gesetzmäßigkeiten schon seit fast zweihundert Jahren bekannt sind, gibt es noch viele offene Fragen, zum Beispiel wie in einem elektrischen Leiter einzelne Atome den Widerstand beeinflussen können. Nun ist es in einem Experiment gelungen, das Ohmsche Gesetz auf atomarer Skala zu überprüfen. Physiker der Uni Duisburg-Essen veröffentlichten dazu einen Artikel in der Fachzeitschrift Nano Letters.

Von der Glühbirne bis zu kompliziertesten elektronischen Schaltungen wird das Gesetz genutzt, um die richtige Auslegung zu berechnen, d.h. dass für die gegebene elektrische Spannung (z.B. 220V im Haushalt) der gewünschte Strom fließt. Die in der hochrangigen Nanotechnologie-Zeitschrift publizierte Arbeit zeigt, dass es möglich ist, über einzelne Atome die elektrische Spannung zu messen. Dazu führten die Wissenschaftler um Prof. Dr. Rolf Möller in Kooperation mit der Universität Göttingen Experimente durch.

Untersucht wurde die Struktur einer Silber/Silizium-Probe: Dort gibt es einzelne Bereiche der Oberflächen, die durch Stufen mit einer Höhe von ein oder zwei Lagen von Atomen getrennt sind. Nur die oberste Lage von Atomen leitet den elektrischen Strom, der durch eine Spannung hervorgerufen wird, die an zwei Kontakte angelegt wird. „Muss der Strom eine ‚atomare‘ Stufe hoch, stellt dies einen Widerstand dar, und die elektrische Spannung ändert abrupt ihren Wert. Mit diesen Messungen ist es jetzt möglich, den genauen Verlauf aufzunehmen“, erläutert Professor Möller. Es zeige sich, dass man das Ohmsche Gesetz in seiner üblichen Form wieder findet – wenn man den Mittelwert über ausreichend viele Einzelprozesse bildet.

Bei der Entwicklung mikroelektronischer Bauelemente mussten diese Elementarprozesse bisher nicht berücksichtigt werden. „Mit der fortschreitenden Miniaturisierung ist es jedoch absehbar, dass man die Beiträge zum elektrischen Widerstand, die in der aktuellen Arbeit vorgestellt wurden, ‚Atom für Atom‘ berücksichtigen muss“, so Möller.


Weitere Informationen: Prof. Dr. rer.nat. Rolf Möller, Tel. 0203/379-4220/3510, rolf.moeller@uni-due.de

Bildinformation: Oberflächenstruktur der untersuchten Silber/Silizium-Probe. Die einzelnen Terrassen sind durch Stufen mit einer Höhe von ein oder zwei Lagen von Atomen getrennt. Nur die oberste Lage von Atomen leitet den elektrischen Strom, der durch eine Spannung hervorgerufen wird, die an zwei Kontakte angelegt wird. In dem Rasterelektronenbild in der linken oberen Ecke sieht man zwei Spitzen, die den elektrischen Kontakt zu zwei Silberinseln herstellen, und die Spitze des Rasterpotentiometers, mit der die Messung auf einer winzig kleinen Fläche zwischen den Kontakten durchgeführt wird. Das untere Bild zeigt die gleichzeitig gemessene elektrische Spannung, blau entspricht 0 mV, rot +6 mV.

Redaktion: Katrin Braun, Tel. 0203/379-1488

Bildhinweis:
Ein Foto zu dieser Pressemitteilung (Bildbeschreibung: Silber/Silizium-Probe, Erläuterungen dazu unter dem Pressetext) können Sie herunterladen unter:
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