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Quanten-EffektPhysiker finden neuen Quanten-Effekt
Für diese Entdeckung aus Würzburg dürften sich die Hersteller von Computern und Halbleiter-Bauelementen brennend interessieren: Physiker der Universität haben hier einen bislang unbekannten Quanten-Effekt nachgewiesen - und das könnte der Entwicklung schnellerer Rechner neuen Schub geben. Ihre Ergebnisse haben die Forscher zusammen mit ihren Theorie-Kollegen von der Stanford University (USA) hochrangig publiziert, in der neuen Ausgabe des US-Wissenschaftsmagazins Science.
Diesem Würzburger Physiker-Team gelang die Entdeckung des Quanten-Spin-Hall-Effektes (von links): Steffen Wiedmann, Christoph Brüne, Markus König, Andreas Roth, Hartmut Buhmann, Laurens W. Molenkamp.
Foto: Benedikt Rupprecht
Hier sind die dissipationslosen, spinpolarisierten Randkanäle des Quanten-Spin-Hall-Effekts dargestellt.
Bild: Physikalisches Institut
Manche Laptop-Nutzer merken es hautnah: Wenn sie ihre tragbaren Geräte auf den Oberschenkeln abstellen und dann eine Weile im Internet surfen, werden die Rechner ganz schön warm. Das ist für die einzelnen Benutzer nicht weiter schlimm. Doch die Halbleiterindustrie steht angesichts dieses Effekts vor einem Problem. Denn die Wärme ist ein Faktor, der die Entwicklung schnellerer PCs und Laptops deutlich begrenzt.
Gefragt sind immer leistungsfähigere Bauelemente und Computer. Dafür müssen auf die Chips mehr und mehr Transistoren gepackt werden, und wenn durch die dann elektrischer Strom fließt, entsteht dabei Wärme. "Wenn ein PC schneller werden soll, muss aber auch mehr Strom über die Chips fließen, und so heizen sich die Bauteile immer stärker auf", erklärt der Würzburger Physik-Professor Hartmut Buhmann, Leiter der Arbeitsgruppe für Quantentransport am Lehrstuhl für Experimentelle Physik III. Dabei kann so viel Wärme zusammenkommen, dass die Funktionsfähigkeit des Computers gefährdet ist. Besonders leistungsfähige Rechner sind schon heute mit einer Wasserkühlung ausgestattet.
"Die Techniken, die wir hier in Würzburg entwickeln, könnten dazu führen, dass Chips nicht mehr heiß werden", sagt Professor Laurens Molenkamp, Leiter des Lehrstuhls: "Mit Hilfe des Quanten-Spin-Hall-Effekts, den wir entdeckt haben, lässt sich nämlich die Information moderner Speichermedien verlustfrei transportieren und manipulieren." Das heißt: Ein Computer könnte künftig superschnell arbeiten ohne warmzulaufen.
Für derartige Entdeckungen scheint die Uni Würzburg ein gutes Pflaster zu sein: Vor 25 Jahren, am gleichen Lehrstuhl, der damals von Gottfried Landwehr geleitet wurde, fand Klaus von Klitzing den Quanten-Hall-Effekt, den universellen Hall-Widerstand eines Halbleiter-Feldeffekttransistors in starken Magnetfeldern - und bekam dafür 1985 den Nobelpreis für Physik verliehen.
Weitere Informationen:
Prof. Dr. Hartmut Buhmann, T (0931) 888-5778, hartmut.buhmann@physik.uni-wuerzburg.de
Prof. Dr. Laurens Molenkamp, T (0931) 888-4925, laurens.molenkamp@physik.uni-wuerzburg.de
Markus König1, Steffen Wiedmann1, Christoph Brüne1, Andreas Roth1, Hartmut Buhmann1, Laurens W. Molenkamp1, Xiao-Liang Qi2, and Shou-Cheng Zhang2: "Quantum Spin Hall Insulator State in HgTe Quantum Wells", Science, online publiziert am 20. September 2007, DOI: 10.1126/science.1148047
1Physikalisches Institut (Lehrstuhl für Experimentelle Physik III), Universität Würzburg, D-97074 Würzburg, Germany
2Department of Physics, McCullough Building, Stanford University, Stanford, CA 94305-4045, USA
