Anzeige
Anzeige

Astronomie+Physik Technik+Digitales

Widerstand ist negativ!

Eine Gruppe amerikanischer Wissenschaftler hat auf indirekte Weise bestätigt, dass der elektrische Widerstand eines zweidimensionalen Elektronengases negative Werte annehmen kann. Dazu müssen die Elektronen Mikrowellenstrahlen eines bestimmten Frequenzbereichs ausgesetzt sein. Dieser neue elektrische Zustand ist allerdings instabil und somit über die Fläche des Gases nicht konstant, so dass der Widerstand des gesamten Gases von außen betrachtet gleich Null ist.

Wenn zwei Halbleiter unterschiedlicher Elektronendichten miteinander in Kontakt gebracht werden, kann sich an der Grenzfläche eine Schicht erhöhter Elektronendichte ausbilden, in der sich Elektronen praktisch frei bewegen. Michael Zudov und seine Kollegen von den Universitäten von Minnesota, Utah, der Rice University sowie der Bell Labs untersuchten in ihrer Studie, wie sich der elektrische Widerstand eines derartigen Gases durch Mikrowellen verändern lässt.

Dazu legten die Forscher zunächst eine elektrische Spannung an das Gas an, so dass sich die Elektronen entlang der Trennschicht in Bewegung setzten. Zudem wurden sie auch einem schwachen, zu der Schicht senkrecht stehenden Magnetfeld ausgesetzt. Als die Forscher die Schicht nun mit Mikrowellen bestrahlten, fiel der elektrische Widerstand des Elektronengases für bestimmte Frequenzen auf Null ab.

Dieser Effekt wurde schon vor mehreren Jahren erstmals beobachtet, und Theoretiker hatten seitdem vermutet, dass sich dabei in bestimmten Bereichen des Gases sogar ein negativer Widerstand ausbildet ? die Elektronen bewegen sich dann entgegen der äußeren Spannung in die falsche Richtung. Da dieser Zustand der Theorie zufolge allerdings instabil sein sollte, fluktuiert der Widerstand über einen weiten Bereich. Die Regionen mit negativem Widerstand lassen sich somit nicht direkt untersuchen, und der über das ganze Gas gemittelte Widerstand ist gleich Null.

Zudov und seine Kollegen griffen daher zu einem Trick: Sie setzten ihr Gas einer Kombination zweier Mikrowellenstrahlen mit unterschiedlichen Frequenzen aus. Wenn beide Frequenzen außerhalb des Bereichs lagen, bei dem der Widerstand des Gases auf Null zurückging, so stellte sich dessen Widerstand einfach auf den Mittelwert der beiden Widerstände ein, die bei Bestrahlung mit jeweils nur einer der beiden Frequenzkomponenten auftraten.

Anzeige

Sobald allerdings eine der beiden Frequenzen innerhalb des kritischen Bereichs lag, war dies nicht mehr der Fall. Durch einen genauen Vergleich der beiden Messungen konnten die Forscher unter Zuhilfenahme einer gehörigen Menge Theorie zeigen, dass sich dies nur durch einen negativen Widerstand einer Teilmenge des Elektronengases erklären ließ. Zudov glaubt daher, dass mikroskopisch gesehen der Widerstand eines derartig präparierten Elektronengases negativ ist, obwohl eine einfache Messung einen Widerstand gleich Null ergibt.

Physical Review Letters (Ausgabe vom 16. Juni 2006) Stefan Maier
Anzeige

bild der wissenschaft | Aktuelles Heft

Anzeige

Dossiers

Aktueller Buchtipp

Sonderpublikation in Zusammenarbeit  mit der Baden-Württemberg Stiftung
Jetzt ist morgen
Wie Forscher aus dem Südwesten die digitale Zukunft gestalten

Wissenschaftslexikon

Gold|lack  〈m. 1; unz.; Bot.〉 in Südeuropa heimischer Kreuzblütler mit wohlriechenden, hellgelben bis dunkelbraunen Blüten: Cheiranthus cheiri

Aqua|rell  〈n. 11; Mal.〉 mit Wasserfarben gemaltes Bild [<ital. acquerello ... mehr

be|stim|men  〈V. t.; hat〉 1 genau feststellen (Sachverhalt) 2 genau klären, definieren (Begriffe) ... mehr

» im Lexikon stöbern
Anzeige
Anzeige