All das Glitzern ist kein Gold

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Schematische Darstellung einer Metalloberfläche, die zum Beispiel in modernen Detektoren oder Quantencomputern eingesetzt wird. Neue Untersuchungen haben gezeigt, daß der in Metalloberflächen zu beobachtende erhöhte Rauschpegel durch thermische Vibration von verunreinigenden Atomen verursacht wird, die auf der Oberfläche adsorbiert werden und hier als purpurne Pfeile dargestellt sind. (Die grüne Kugel stellt ein Ion dar – Teil der Betriebsvorrichtung des elektrischen Bauteils – das absichtlich auf der Oberfläche platziert worden ist.) Physics Magazine

 

Schematische Darstellung einer Metalloberfläche, die zum Beispiel in modernen Detektoren oder Quantencomputern eingesetzt wird. Neue Untersuchungen haben gezeigt, daß der in Metalloberflächen zu beobachtende erhöhte Rauschpegel durch thermische Vibration von verunreinigenden Atomen verursacht wird, die auf der Oberfläche adsorbiert werden und hier als purpurne Pfeile dargestellt sind. (Die grüne Kugel stellt ein Ion dar – Teil der Betriebsvorrichtung des elektrischen Bauteils – das absichtlich auf der Oberfläche platziert worden ist.)
Physics Magazine

Forscher, die neue elektronische Schlüsseltechnologien wie den Quantencomputer oder moderne Detektoren entwickeln, als auch Forscher, die Grundlagenforschung in der Materialwissenschaft betreiben und Eigenschaften von Metalloberflächen untersuchen, müssen oft feststellen, daß ihre Experimente durch exzessives elektrisches Rauschen gestört werden, das von den Oberflächen der Metalle in ihren Apparaturen stammt, ein ziemlich störendes Oberflächenglitzern. Wissenschaftler wissen, daß ein gewisses elektrisches Rauschen die unvermeidliche Folge von vielen sich in Metalloberflächen bewegenden Elektronen ist, aber in der Praxis kann der Rauschpegel zehnmal höher liegen und behindert so Fortschritt in Forschung und Entwicklung. Ein Hauptgrund, weshalb es schwer gewesen ist, das Rauschen auf einen unvermeidbaren Wert zu verringern, lag darin, daß die Ursache des übermäßigen Rauschens ein Rätsel gewesen ist.

Über Jahre hinweg haben Wissenschaftler verschiedene Modelle zur Ursache des Rauschens getestet, zum Beispiel die Folge von Schnittstellen zwischen Materialien in den Oberflächen, aber ohne Erfolg. Vier Wissenschaftler (A. Safavi-Naini, P. Rabl, P. F. Weck und H. R. Sadeghpour) haben nun stichhaltig die vorherrschende Ursache identifiziert: Verunreinigungen durch Atome, adsorbiert auf den Oberflächen der Metalle. Die Forscher zeigen, daß kleine Bewegungen dieser Verunreinigungen, verursacht durch gewöhnliche thermische Effekte, Grund für sich ändernde elektrische Felder sein können, die ihrerseits die beobachteten Werte des exzessiven Rauschens hervorrufen können. Die neue Arbeit ist zumindest in Bezug auf zwei Punkte wichtig. Erstens liefert sie einen genauen Mechanismus, um das beobachtete unverhältnismäßig hohe Rauschen des elektrischen Feldes zu erklären und zweitens gibt das Modell eine klare Hilfestellung, wie zumindest ein Teil dieses übermäßigen Rauschens zu vermindern ist. Wenn diese letztgenannten Schritte erfolgreich sind, können Wissenschaftler die Leistung in einem weiten Bereich hochtechnologischer elektrischer Komponenten verbessern.

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