Physik-Professor der Uni Kassel hat seltene Entdeckung unter dem Mikroskop gemacht

Elektronen stehen im Stau

René

Kassel. Professor René Matzdorf von der Uni Kassel hat eine Entdeckung gemacht, die in Wissenschaftskreisen für großes Aufsehen gesorgt hat. Mit Forschern der Universität Würzburg hat der Physiker durch ein Spezialmikroskop den dünnsten Draht der Welt untersucht und dabei einen sehr seltenen Zustand von Elektronen beobachtet: Der aus purem Gold bestehende Draht ist so dünn, dass sich die Elementarteilchen nicht mehr aneinander vorbeibewegen können und wie von selbst eine Kette bilden – vergleichbar mit einem Stau auf der Autobahn.

„Normalerweise bewegen sich alle Elektronen in einem Metall kreuz und quer“, erklärt Matzdorf, seit 2003 Leiter des Forschungsgebiets Oberflächenphysik am Institut für Physik. Der extrem schmale Draht hingegen messe nur eine Breite von etwa einem Millionstel Millimeter und sperre die Elektronen förmlich ein. „Vergleichbar ist das mit dem Stop-and-go-Verkehr auf der Autobahn“, sagt der 47-Jährige, „erst wenn ein Auto in der Schlange ein Stück vorfährt, kommen auch die anderen voran.“

Manipulation von Atomen

Bereits vor 50 Jahren hatten zwei Physiker, der Japaner Tomonaga sowie der US-Amerikaner Luttinger, diese Eigenschaft in Atomketten theoretisch vorhergesagt. Doch bisher gibt es nur ganz wenige experimentelle Beobachtungen dieses Phänomens, das mit einem sogenannten Rastertunnelmikroskop im Ultrahochvakuum und bei minus 268 Grad Celsius gemessen werden kann.

Matzdorf und seine Würzburger Kollegen können aber nicht nur die Elektronen in der Atomkette beobachten, sondern auch die Atome der Kette mit einer extrem winzigen Metallspitze des Mikroskops manipulieren. „Wir haben so erstmals die Möglichkeit, einzelne Atome hin- und herzuschieben und die Reaktion der Elektronen darauf zu beobachten“, sagt Matzdorf. Ihre Entdeckungen wollen die Forscher jetzt als eine Art atomarer Baukasten nutzen. Beispielsweise könnten sie mit einzelnen Atomen einen Übergang zwischen zwei dieser extrem schmalen Drähte schaffen - so als würde man für die im Stau stehenden Autos eine Ausfahrt bauen. Denkbar seien auch Parallelstraßen oder Untersuchungen, unter welchen Bedingungen sich der Stau auflösen lasse, sagt Matzdorf, im Bild des Autobahn-Beispiels bleibend.

„Grundlagenforschung braucht manchmal einen langen Atem, aber mit jedem neu entdeckten Effekt ergibt sich die Chance, daraus technische Anwendungen zu entwickeln und diese für alle nutzbar zu machen“, sagt Matzdorf. So könnten die Forschungsergebnisse vom dünnsten Draht der Welt einmal der Entwicklung elektronischer Bauteile zugutekommen.

Von Sebastian Schaffner

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