Ein Kristall aus lauter Löchern - wissenschaft.de
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Ein Kristall aus lauter Löchern

Wissenschaftler der Christian-Alberts-Universität in Kiel glauben, dass sich positive Ladungsträger in Halbleitern unter bestimmten Umständen bei tiefen Temperaturen in einem Kristallgitter anordnen können. Sollte sich diese Vorhersage im Experiment bestätigen, so würde Forschern ein neues Spielfeld für quantenmechanische Experimente zur Verfügung stehen. Fachkollegen glauben, dass derartige Kristalle unter Umständen auch in den hochkompakten Kernen von Neutronensternen vorhanden sind.

In Halbleitern tragen sowohl Elektronen als auch so genannte Löcher zur Stromleitung bei, effektiv positive Ladungsträger, die durch den Übergang eines Elektrons in das Leitungsband des Halbleiters zu Stande kommen. Obwohl Löcher daher in gewisser Weise ein Gedankengebilde darstellen, verhalten sie sich in Experimenten dennoch ähnlich wie Elektronen und können daher als positiv geladene Teilchen betrachtet werden.

Michael Bonitz und seine Kollegen aus Kiel glauben nun, dass Löcher in Halbleitern bei tiefen Temperaturen (etwa 10 Grad über absolut Null) auskristallisieren können. Dazu müssen sie allerdings viel schwerer sein als die Elektronen des Halbleiters, so dass die Kristalle bei gewöhnlichen Halbleitern wie etwa Silizium oder Germanium nicht auftreten können. Dies haben Computersimulationen ergeben.

Die Forscher glauben jedoch, dass sich derartige Halbleiter schon bald experimentell herstellen lassen werden. Die Masse eines Loches ist nämlich durch die Krümmung des Valenzbands des Halbleiters bestimmt, und diese kann durch eine Kombination von bestimmten Elementen erhöht werden, so Bonitz. Zur Ausbildung seines Kristalls müssen die Löcher mindestens achtzig mal schwerer sein als die Elektronen.

Kollegen des Livermore-Nationallaboratoriums in Kalifornien glauben, dass die Lochkristalle auch unter den extremen Drücken in den Kernen von Weißen Zwergen oder Neutronensternen im Universum auftreten können. Allerdings ist bisher unklar, ob diese Vermutung jemals überprüft werden kann.

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Physical Review Letters, Bd. 95, S. 235006 Stefan Maier
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