Deutsche Physiker haben eine neue physikalische Anziehungskraft entdeckt, die der Weiterentwicklung von Computerchips neue Impulse verleihen könnte. Padma Kant Shukla und Bengt Eliasson von der Ruhr-Universität Bochum fanden ein bisher nicht bekanntes Phänomen in Quanten-Plasmen. Ein negativ geladenes Potential ermöglicht es, innerhalb des Plasmas positiv geladene Teilchen in atom-ähnlichen Strukturen zu bündeln. Dadurch kann Strom wesentlich schneller und effizienter geleitet werden als bisher, woraus sich neue Perspektiven für Nanotechnologien eröffnen.

Ein gewöhnliches Plasma ist ein ionisiertes elektrisch leitendes Gas, bestehend aus positiven (Ionen) und negativen Ladungsträgern (sog. nicht entarteten Elektronen). Es ist der Hauptbestandteil unseres Sonnensystems. Auf der Erde können solche Plasmen unter anderem zur Energiegewinnung in kontrollierten thermonuklearen Fusions-Plasmen, ähnlich der Sonne, oder aber auch zur Krankheitsbekämpfung in der Medizin genutzt werden.

Plasmen auf Nano-Skalen

Quanten-Plasmen erweitern den Anwendungsbereich auf Nano-Skalen, wenn quanten-mechanische-Effekte an Bedeutung gewinnen. Das ist der Fall, wenn im Vergleich zu gewöhnlichen Plasmen die Plasma-Dichte sehr hoch und die Temperatur niedrig ist. Dann tritt das neu entdeckte Potential auf, das durch kollektive Wechselwirkungsprozesse entarteter Elektronen mit dem Quanten-Plasma entsteht.

Solche Plasmen finden sich beispielsweise in Kernen von Weißen Zwergen - Sternen mit versiegendem nuklearen Energievorrat - oder sie können künstlich im Labor mit Hilfe von Laser-Bestrahlungen erzeugt werden. Das neue negative Potential führt zu einer anziehenden Kraft zwischen den Ionen, die sich dann zu Gittern formieren. Sie werden komprimiert und die Abstände zwischen ihnen verkürzt, so dass Strom weitaus schneller hindurch fließen kann.

Mikrochips für Quanten-Computer

Die Erkenntnisse der Bochumer Wissenschaftler, die in den Physical Review Letters veröffentlicht werden - eröffnen die Möglichkeit der Ionen-Kristallisation auf der Größenskala eines Atoms. Sie begründen damit eine neue Richtung der Forschung, die in der Lage ist verschiedene Disziplinen der Physik miteinander zu verknüpfen. Anwendungsmöglichkeiten sind beispielsweise Mikrochips für Quanten-Computer, Halbleiter, dünne Metallfolien oder auch metallische Nanostrukturen. (red, derstandard.at, 31.3.2012)