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Elektronen im "Schneckentempo"

Die "International Conference on Strongly Correlated Electron Systems" - kurz SCES'05 - findet heuer vom 26.-30. Juli 2005 an der Technischen Universität (TU) Wien statt. Kernthema sind "schwerwiegende", "unentschlossene" Materialien und was sie in Zukunft leisten können.

Wien (TU). - Ja, ich will - oder doch nicht? Nicht nur bei uns Menschen gibt es entscheidungsfreudigere oder weniger entscheidungsfreudige. Auch bei manchen Materialien - den sogenannten "Schwere-Fermionen" - haben ForscherInnen entdeckt, dass sie sich nahe am absoluten Nullpunkt nicht entscheiden können, ob sie in einen Zustand magnetischer Ordnung übergehen möchten oder ungeordnet bleiben wollen. Ihr "Schneckentempo" gibt ForscherInnen beispielsweise die berechtigte Hoffnung, in Zukunft leistungsfähige Kühlelemente bauen zu können, die keine beweglichen Teile besitzen und sogar Wärme direkt in Elektrizität umwandeln, wie sie etwa bei der Abwärme in Fahrzeugen entsteht. Alles in allem im wahrsten Sinne des Wortes schwerwiegende wissenschaftliche Hoffnungen, auf die PhysikerInnen aus aller Welt setzen und die bei der International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES'05) an der TU Wien diskutiert werden.

Die Rede wird bei der SCES'05 ganz allgemein von Fermi- und nicht-Fermi-Flüssigkeitsphasen, unkonventioneller Supraleitung oder Materialien sein, die eine besondere thermoelektrische Leistungsfähigkeit aufweisen. Der wichtigste mikroskopische Grund für das Auftreten der großenVielfalt von Phänomenen in solchen Systemen liegt darin, dass die wechselwirkenden Elektronen eine wesentlich erhöhte Masse aufzuweisen scheinen. Sie kann bis zu 1000-fach größer sein, als sie Elektronen in einfachen metallischen Systemen besitzen. In Bezug auf die Geschwindigkeit dieser Teilchen bedeutet das, dass ihre Geschwindigkeit substanziell reduziert ist. Die Elektronen als Ladungsträger legen sozusagen einen "Kriechgang" ein und bewegen sich fast im sprichwörtlichen Schneckentempo.

Einen Durchbruch bei diesen Materialien, die auf Grund ihrer hohen effektiven Massen auch „Schwere-Fermionen“ genannt werden, stellt die Entdeckung dar, dass sich viele dieser Verbindungen nahe einer magnetischen "Instabiliät" befinden. Sie können sich bis zu den tiefsten Temperaturen, d.h. nahe am absoluten Nullpunkt oder -273,16°C nicht entscheiden, ob sie in einen Zustand magnetischer Ordnung übergehen möchten oder ungeordnet bleiben wollen. Durch Anwendung externer Parameter wie Druck oder Magnetfeld kann die Temperatur, unterhalb der die Substanz magnetisch ordnet, variiert werden. Die ForscherInnen interessiert hier insbesondere der Wert jenes Parameters, bei dem das System erst am absoluten Temperaturnullpunkt ordnet.

Ein derartiger "Quanten"-Phasenübergang unterscheidet sich wesentlich von klassischen Phasenübergängen wie dem Schmelzen von Eis bei 0°C, da er nicht durch thermische Fluktuationen sondern durch Quanten-Fluktuationen getrieben wird. Viele exotische Eigenschaften der Schwere-Fermionen-Verbindungen werden nun auf den Einfluss dieser Quanten-Fluktuationen zurückgeführt.

Es gibt auch Anhaltspunkte dafür, dass in der überaus anwendungsträchtigen Klasse der Hochtemperatur-Supraleiter Quanten-Phasenübergänge eine wesentliche Rolle spielen könnten. Da in diesen Systemen eine sehr robuste Supraleitung die Erforschung vieler grundlegender Phänomene erschwert, dienen Schwere-Fermionen-Systeme hier als geeignete Modellsysteme.

Die Konferenz SCES'05 wird von MitarbeiterInnen des Instituts für Festkörperphysik der TU Wien unter der Leitung von Ernst Bauer veranstaltet, der stolz darauf verweist, dass die SCES'05 Treffpunkt von rund 650 internationalen WissenschafterInnen sein wird, mehr als ein Viertel allein aus Japan, das bekanntlich sehr viel Wert auf die Grundlagenforschung legt, um damit seinen Mangel an natürlichen Ressourcen zu kompensieren versucht. "Dadurch wird das hervorragende wissenschaftliche Niveau der TU Wien, insbesondere des Instituts für Festkörperphysik betont. Es stellt aber auch Österreich als Wissenschaftsstandort und Wien als Kongressstadt ein ausgezeichnetes Zeugnis aus. Eine Veranstaltung dieser Größenordnung hat selbstverständlich auch wichtige wirtschaftliche Aspekte."

Ein besonderer Höhepunkt der SCES05 wird das Symposium "30 years of heavy fermion physics" am 26. Juli 2005 ab 15:30 Uhr sein, da die Phänomene, die heuer in Wien besprochen werden, erstmals vor 30 Jahren beobachtet wurden. Der Entdecker dieser festkörperphysikalischen Erscheinungen wird auch bei der SCES'05 sprechen.

International Conference on Strongly Correlated Electron Systems - SCES'05
26.-30. Juli 2005
TU Wien, "Freihaus", Wiedner Hauptstraße 8-10, 1040 Wien
Konferenz-Webpage:  http://sces05.tuwien.ac.at/7.0.html