Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG)

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E-Verhandlungen 1998
Regensburg
Plenarvorträge

•S. Nakamura
R & D Department Nichia Chemical Industries Ltd. 491, Oka, Kaminaka, Anan Tokushima 774, Japan

InGaN multi-quantum-well (MQW) structure laser diodes with Al0.14Ga0.86N/GaN modulation doped strained-layer superlattice cladding layers grown on an epitaxially laterally overgrown GaN substrate were demonstrated to have an estimated lifetime of more than 10,000 hours under continuous-wave operation at room temperature. Under operation at a high temperature of 50 C, the lifetime was longer than 1000 hours. Activation energy of the lifetime was estimated to be 0.5 eV. With the operating current increasing above the threshold, a self-pulsation with a high frequency of 3.5 GHz was observed. The luminous efficiencies of current blue and green InGaN quantum-well-structure LEDs are 5 lm/W and 30 lm/W, respectively.

•M.F. Crommie
Boston University, Physics Dept., Boston, MA, U.S.

We have used low temperature STM spectroscopy to study the local electronic properties of Au(111) in the pristine state as well as in the presence of cobalt adatoms. On clean Au(111) we find that the long-range herringbone reconstruction acts as a superlattice for surface state electrons, creating a new band-structure and modulated electronic density. Our spectroscopic results are quantitatively explained by an extended Kronig-Penney model, from which we estimate that surface state electrons in the hcp region of the reconstruction experience a potential offset 25 meV lower than in the fcc region. Cobalt atoms added to the Au(111) surface display a narrow spectroscopic resonance that lies almost exactly at the Fermi energy. The resonance is only 15 meV wide, and is spatially localized to within 8 Å of the center of a cobalt atom. The lineshape of the resonance is surprisingly not Lorentzian, but rather displays the 'anti-resonance' lineshape typical of a Fano resonance. We believe that this spectroscopic feature is due to the Kondo effect, a cooperative electronic phenomena known to arise from spin- dependent electronic scattering.

^*Work done in collaboration with W. Chen, V. Madhavan, and T. Jamneala. Supported by NSF awards DMR-9457955, DMR- 9503837, and the Keck Foundation.

•Yuval Ne'eman
Tel Aviv University and University of Texas at Austin

We review five possible solutions to the riddle posed by Quantum Gravity: (1) Gravity should stay as a classical theory (L. Rosenfeld); (2) Quantum Gravity requires a formalism which will take the human mind (or the intelligent observer) into account, resolving at the same time the riddle of the collapse of the wave function/state vector in Quantum Mechanics in general (Penrose); (3) Perturbative Quantization; (4) Hamiltonian Quantization (Dirac, Ashtekar); (5) String Theory. We also discuss the quantization of spacetime.

•G. Schütz
Univ. Würzburg, Inst. f. Physik, EP IV, Am Hubland, 97074 Würzburg

Mit der Entdeckung des zirkularen magnetischen Dichroismus im Röntgenbereich eröffneten sich neue Möglichkeiten zur Untersuchung magnetischer Strukturen mit Synchrotronstrahlung.

Die direkte Korrelation des dichroischen Nahkantenspektrums zum lokalen magnetischen Moment und die Separierbarkeit von Spin- und Bahnanteilen ist einer der attraktiven Aspekte dieser elementspezifischen Methoden. Insbesondere in den für den Magnetismus relevanten 3d und 4f-Elementen können die von der Magnetisierung abhängigen Beiträge zur Extinktion bis zu 50% betragen.

Dieser starke magnetische Absorptionskontrast konnte genutzt werden, um mit dem Göttinger Transmissions-Röntgenmikroskop bei BESSY I magnetische Strukturen elementselektiv sichtbar zu machen. Aus der direkten röntgenoptischen Abbildung der magnetischen Domänenstruktur lassen sich quantitativ deren Magnetisierungsverteilung in beliebigen externen Feldern mit einer lateralen Auflösung bis zu 20 nm bestimmen, wobei prinzipiell eine Trennung von Spin- und Bahnkomponenten möglich sein sollte.

•C. Weyrich
Mitglied des Vorstands, Zentralabteilung Technik, Siemens AG, München

Das Wachstum des Weltelektromarktes wurde mehr als das anderer großer Industriebranchen von - zum Teil revolutionären - Innovationen getragen. Steigende Komplexität aller elektrotechnischen und mit der Elektrotechnik zusammenhängenden Produkte, Anlagen, Systeme und Dienstleistungen, zunehmende Globalisierung der Geschäfte und ein sich verschärfender Wettbewerb stellen auch die Forschungs- und Entwicklungsabteilungen der Unternehmen vor immer neue Herausforderungen. Es zeichnet sich ein Paradigmenwechsel in der industriellen Forschung und Entwicklung ab, dessen Kennzeichen verstärkte Kundenorientierung, zunehmende Wichtigkeit interdisziplinären Arbeitens, systematisches Innovations- und Wissensmanagement, Enführung marktwirtschaftlicher Steuerungsmechanismen und die gezielte Förderung von „softskills“ wie Kreativität, Teamfähigkeit und Risikobereitschaft sind. Ein weiteres Charakteristikum auf dem Weg in das wisensbasierte, lernende Unternehmen ist die stärkere Nutzung der internationalen Wissensresourcen, bei der die öffentliche Forschung - volkswirtschaftlich gesehen - ein wichtiges „Asset“ zur Zukunftsorientierung eines Landes darstellt. Sie sollte sich daher - wie natürlich auch die Industrie - mehr als bisher dem Dialog und der Zusammenarbeit öffenen, ohne dabei im Bereich der reinen, durch Neugier getriebenen Grundlagenforschung ihre Aufgabe, die Basis für zukünftige revolutionäre Innovationen zu schaffen, zu vernachlässigen.

•P.J. Crutzen
Abt. Chemie der Atmosphäre, Max-Planck-Institut für Chemie, Mainz

Die Kenntnisse der Chemie der Atmosphäre haben besonders in den letzten 30 Jahren rasante Fortschritte gemacht. So hatte man vorher z.B. keine Ahnung, wie die vielen Gase, die in die Atmosphäre emittiert werden, auch wieder entfernt werden. Die Ozon-Chemie der Stratosphäre bestand nur aus vier Reaktionen. Heutzutage wissen wir, daß die meisten Gase durch Reaktionen durch OH-Radikale oxidiert werden trotz deren äußerst geringen Konzentrationen von weniger als 10^-13. Chemische Modelle für die Stratosphäre umfassen jetzt Hunderte von Reaktionen, und wir wissen, daß menschliche Aktivitäten, sogar in höchst unerwarteter Weise (Ozonloch !) in die Chemie der Atmophäre eingreifen können.
Dieser Vortrag gibt eine etwas persönlich gefärbte Übersicht über die Entwicklung der Kenntnisse auf dem Gebiet der Atmosphärenchemie.

•Raymond Stora
Träger der Max-Planck-Medaille - Laboratoire D'Annecy-le-vieux de Physique des Particules, France

•Herbert Walther
Träger der Stern-Gerlach-Medaille - Sektion Physik der LMU, München und Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching

Die modernen Methoden der Laserspektroskopie erlauben es, Quantenvorgänge an einzelnen Atomen zu verfolgen. So können in verschiedenen Experimenten Quantensprünge beobachtet werden, und es gelingt, die Dynamik des Photonenaustausches zwischen einem Atom und einer Mode des Strahlungsfeldes detailliert zu studieren. Experimente zur Resonanzfluoreszenz eines einzelnen Atoms liefern neue Einsichten zur Komplementarität und zum Quantenmessprozess.
Mit Atomen oder Ionen in Fallen lässt sich auch der Übergang von einem einzelnen Atom zum mesoskopischen System beobachten. Es können somit auch Quantenphänomene in geordneten Strukturen, die nur aus wenigen Atomen bestehen, beobachtet werden.

•Gilbert Vedrenne
Träger des Gentner-Kastler-Preises - Centre d'Etude Spatiale des Rayonnements (CESR), Toulouse, Fance

A first part will be devoted to a short overview of some major results obtained with the most recent space missions: GRANAT, Compton GRO, Rossi XTE and Beppo Sax. These missions are participating in a significant breakthrough thanks to a better understanding of the gamma-ray sources through the observation of their spectrum (coninuum - nuclear lines), their variability an the confirmation of the extragalactic origin of the gamma-ray bursts.
A second part will describe the next ESA mission in High-Energy Astrophysics: INTEGRAL, which has to be launched in 2001. Some of the outstanding objectives of this mission will be highlighted, with a particular concern on the fine spectroscopy capabilities of the mission.
The last part will introduce some new concepts for the future gamma-ray missions which will keep the same objectives as the previous ones but again with an increase of the sensitivity of the instruments.
Thsi will allow for example to explore the extragalactic world for gamma-ray line studies with the detection of type II supernovae, to probe more deeply our Glaxy with the discovery of new binary systems including a compact object (neutron star or blackhole), to look for the signature of the interaction of high-energy particles accelerated by shock waves in the vicinity of rich star associations with dense molecular clouds, to reveal the possible interaction of jets produced in galactic microquasars with the surrounding dense interstellar medium ...

The approach of these objectives and othes which will certainly be revealed by the next planned missions such as INTEGRAL will need new technological challenges which will be evoked.
Concerning the gamma-ray bursts, the observation, identification and study of their counterparts at other wavelengths of a large population and not of a few events each year is the prime objective since these objects might be in the near future as important as the quasars for the understanding of our universe. New ideas for the approach of this objective will be presented.

•N N
Träger des M.Smoluchowski-E.Warburg-Preises

•Martin Holthaus
Träger des Gustav-Hertz-Preises - Fachbereich Physik der Philipps-Universität, Renthof 6, D-35032 Marburg

Der Landésche g-Faktor von Atomen, die nicht nur einem statischen, sondern auch einem dazu senkrechten oszillierenden Magnetfeld ausgesetzt sind, wird durch das oszillierende Feld stark verändert. Ein eng verwandter Effekt tritt in periodisch angetriebenen tight-binding-Gittern auf, also etwa in Halbleiter-Übergittern unter dem Einfluß starker FIR-Laserstahlung: Hier lassen sich (Mini-)Bandbreiten durch das oszillierende elektrische Feld ebenso manipulieren wie die atomaren g-Faktoren durch ein oszillierendes Magnetfeld. Da nun das Verhältnis der Stärke von Gitterdefekten und der Bandbreite den Grad der Anderson-Lokalisierung der Gitterzustände bestimmt, und die effektive Bandbreite von der Antriebsamplitude abhängt, kann der Lokalisierungsgrad durch den Antrieb gesteuert werden. In nicht zufällig, sondern quasiperiodisch gestörten Gittern läßt sich durch Variation der Antriebsstärke sogar ein Übergang von ausgedehnten zu lokalisierten Zuständen erzwingen - eine Voraussage, die möglicherweise mit ultrakalten Atomen in bichromatischen stehenden Lichtwellen überprüft werden kann.

•Franz Bader
Träger des Robert-Wichard-Pohl-Preises - Ludwigsburg

Um den Physikunterricht attraktiver zu gestalten, wurden Experimente und Simulationen zu modernen Themen entwickelt. Einige der folgenden werden im Vortrag kurz erläutert:

Quantenphysik, frei von dualistischen Widersprüchen, angeregt von Feynmans QED

Energieentwertung durch irreversible Entropiezunahme als aktuelles, fächerübergreifendes Thema, veranschaulicht durch Würfelspiele

Paradoxien der Relativitätstheorie, quantitativ demonstriert an Lichtuhren

Synergetik und Chaos, entwickelt am selbsterregten Dynamo -

Grundlagen des Treibhauseffekts.

Schülerexperimente wie auch Computersimulationen gestalten den Unterricht individueller und damit nicht nur vom Thema her attraktiver. Dies mag etwas dazu beitragen, der Abwahl des Physikunterrichts durch die Schüler zu begegnen - ohne Niveausenkung.

•Achim Wixforth
Träger des Walter-Schottky-Preises - Section Physik der LMU, Geschwister Scholl Platz 1, D-80539 München

Akustische Oberflächenwellen (OFW) stellen das Nanometer-Analogon zu Erdbeben dar. Solche OFW können auf piezoelektrischen Halbleiterschichtsystemen effizient angeregt werden und bieten dort völlig neuartige Möglichkeiten zur Untersuchung der elektronischen und optischen Eigenschaften der Halbleiterstrukturen. Es wird gezeigt, dass die starken lateralen piezolektrischen Felder einer OFW in einer Halbleiter-Quantentopfstruktur zur Feld-Ionisation von optisch generierten Exzitonen und nachfolgender räumlicher Trennung der Elektronen und Löcher führen können. Auf diese Weise kann ein optisches Eingangssignal in Form einer Elementaranregung des Halbleiters wie auf einem Förderband für sehr lange Zeiten gespeichert und an dessen Oberfläche gezielt verschoben werden. Zu einem späteren Zeitpunkt und an einem anderen Ort der Halbleiteroberfläche kann dann die strahlende Rekombination ausgelöst und das optische Signal wieder ausgelesen werden. Die Kombination der starken lateralen Felder von OFW mit den optischen Eigenschaften von Halbleiter-Quantentopfstrukturen wird somit benutzt, um extrem lange Lebensdauern optischer Anregungen mit grosser Absorption zu verbinden. Dadurch könnte die Grundlage für eine vollkommen neue Klasse von optoelektronischen Bauelementen geschaffen worden sein.

•E. Pöppel
Ludwig-Maximilians-Universität, München

•Akira Tonomura
Advanced Research Laboratory, Hitachi Ltd., Hatoyama, Saitama 350-0395, Japan

Dynamic behaviour of tiny vortices holds the key to practical applications of superconductors as conducting wires, since vortices begin to move by a Lorentz force due to a current thus breaking down the superconducting state unless vortices are pinned down by defects. In order to elucidate the microscopic mechanism of the vortex pinning, we developed a method to dynamically observe both vortices and defects unsing a 350 kV field-emission electron microscope. With this Lorentz microscopy, an electron wave is incident onto a superconducting thin film and the phase shifts due to vortices are detected as spots by defocusing the electron microscopic image [1]. We observed how vortices moced when a force was exerted on them, and found various kinds of vortex flows when there existed artificial pinning centers [2,3].

[1] A. Tonomura: Electron Holography (Springer Verlag: Heidelberg, 1993)

[2] T. Matsuda et al.: Science 271 (1996) 1393-1395

[3] K. Harada et al.: Science 274 (1996) 1167-1169

•Detlef Lohse¹, Sascha Hilgenfeldt¹ und Michael Brenner^2
1Fachbereich Physik, Univ. Marburg, Renthof 6, 35032 Marburg
²Department of Mathematics, MIT, Cambridge, MA 02139

Schallgetriebene Gasblasen in Wasser können Lichtblitze aussenden. Dieses Phänomen heißt Sonolumineszenz (SL). In den letzten beiden Jahren ist es uns gelungen, die hydrodynamischen Voraussetzungen für SL einzelner Blasen aufzuklären. Vier Bedingungen sind für stabile SL notwendig: (i) Der Blasenkollaps muß stark genug sein, damit ein Energietransfer vom Fluid auf das Gas in der Blase stattfindet. (ii) Die Blase muß formstabil sein. (iii) Die Blase muß diffusiv stabil sein, d.h., sie darf sich nicht auflösen oder durch rektifizierte Diffusion wachsen. (iv) Das Gas in der Blase muß chemisch stabil sein; bei den hohen Temperaturen, die in der Blase erreicht werden, erfüllen die letzte Bedingung nur Edelgase, die daher für stabile SL essentiell sind.

Dieser hydrodynamisch/chemische Ansatz erklärt die experimentell gefundenen Abhängigkeiten von den Steuerungsparametern (Antriebsdruck der Blase, Gaskonzentration, Wassertemperatur,...) und ermöglicht Voraussagen, wie noch stärkere SL erreicht werden kann.

Ein Anwendungsaspekt der SL liegt im Bereich der Chemie: Man kann die Blase als Mikrolabor für Hochtemperaturchemie verstehen, das auf einfache Weise über viele Temperaturgrößenordnungen steuerbar ist.

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Zuletzt geändert am 19.08.1998

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