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Determinismus Gilt dies auch in der Mikrowelt? m v F F Raum-Zeit-Kurve r(t)

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Präsentation zum Thema: "Determinismus Gilt dies auch in der Mikrowelt? m v F F Raum-Zeit-Kurve r(t)"—  Präsentation transkript:

1 Determinismus Gilt dies auch in der Mikrowelt? m v F F Raum-Zeit-Kurve r(t)

2 Elektron Als erstes Elementar-Teilchen entdeckt von J.J. Thomson 1897: Ruhemasse m 0 = kg Elementarladung e = C

3 Kern Z + Elektronenhülle Z - Atom der Ordnungszahl Z

4 Metall - Kristall 0.2nm

5 + -

6 Austritts- Arbeit

7 KathodeAnodeElektronenstrahl T, E - + E kin = e U a

8 Fokussierung eines Elektronenstrahls Quelle Linse Objekt

9 - + Ablenkung eines Elektronenstrahls Quelle Linse Objekt Ablenker

10 Eigenschaften des Elektronenstrahls Trägheitslose Ablenkbarkeit Feinste Fokussierbarkeit Höchste Energiedichte cm 2 Watt/cm 2 Elektronenstrahl Lichtbogen Schweißbrenner

11 Elektronenstrahl – Bohren und Fräsen + -

12 Bohrungsdurchmesser 4/1000 mm

13 Elektronenstrahl-Schweißen + - AB

14 + - AB

15 Electron beam vs. TIG

16 Komplizierte Schweissnähte Gasgenerator für Airbag Photo: Messer-Griesheim

17 Electron Beam Lithography mm silicon resist

18 ENIAC 1944 Electronic Numeric Integrator and Calculator

19 Höchstintegration heute: Strukturbreiten < 1/10,000mm 10mm, 10 6 Komp

20 Elektronen sind Teilchen ! Masse m Ladung e kinetische Energie e U a lokalisierbar elektromagn. Kräfte Bahnen Newton Mechanik

21 Materiewellen Louis Victor Pierre Raymond Prince de Broglie, Wer sich über die Quantenmechanik nicht wundert, der hat sie nicht verstanden ! WellenlängeImpuls

22 Teilchen und Wellen m v F F Raum-Zeit-Kurve r(t) Bahn: lokalisierbar Welle: nicht-lokalisierbar Beugung Interferenz ????

23 Teilchen am Spalt

24 Welle am Spalt falsch !

25 Wellen: Beugung am Spalt

26 Wellen: Beugung am Spalt

27 Beugung am Spalt

28

29 Zweistrahl-Interferenz durch Beugung am Doppelspalt

30 Fresnel biprism for light interference pattern I(x)=2I 0 (1+cos (2 qx)) with spatial frequency q:= / source biprism detector 1/q

31 Wellen und Teilchen: Beugung am Spalt

32 Teilchen: Beugung am Spalt p

33 Teilchen: Beugung am Spalt x p

34 Werner Heisenberg

35 Heisenbergsche Unschärfe für QM-Teilchen x p h Ort-Impuls E t h Energie-Zeit

36 Electron Diffraction Experiment Electron Diffraction One SlitTwo Slits Electron Micrograph of the slits from: Jönsson, Z. f. Physik 161 (1961), Möllenstedt, Physica B 151 (1988)

37 Möllenstedt electron biprism interference pattern I(x)=2I 0 (1+cos (2 q c x)) with spatial frequency q:= / ; ~U bp detector biprism 1/q c + electron source

38 Electron Interferometer (1962)

39

40 Quantum Noise time of flight 1µs << time between impacts 1ms single electron interference

41 Elektronenwellen = Wahrscheinlichkeitswellen

42 de Broglie Letter to Möllenstedt Paris, 19 June 1956 Monsieur and dear Colleague, I was extremely pleased to receive your kind letter and to learn of your beautiful experiments in which you have obtained electron interference by a method analogous to Fresnel's biprism. It was, of course, a great pleasure to see that you have obtained a new and particularly brilliant proof of the formula l = h/(mv), and I shall not fail to make known your experiments to my students. Thanking you most gratefully for your communication, I beg you to accept, Monsieur and dear colleague, the expression of my devoted sentiments, Louis de Broglie

43 Surely, you are joking Mr. Feynman We choose to examine a phenomenon which is impossible, absolutely impossible to explain in any classical way. In reality, it contains the only mystery. We cannot make the mystery go away by explaining how it works. We will just tell you how it works. We should say right away that you should not try to set up this experiment. This experiment has never been done before. The trouble is that the apparatus would have to be made on an impossibly small scale... We are doing a thought experiment. (The Feynman Lectures on Physics)

44 V t EE E E+ E Beating of electron waves Hubert Schmid, PhD thesis, Tuebingen 1985

45 Which Way?

46 E E = E/h interference contrast <1 < h/ E energy resolution E >h >h/ E either interference or which way energy spectrometer

47 Elektronen sind Wellen Elektronen, die interferieren, sind nicht unterscheidbar Elektronen, die unterscheidbar sind, zeigen keine Interferenzerscheinung Elektronen sind Teilchen entweder – oder

48 Zeiss Lightmicroscopes Robert Koch's Microscope (1880) Lightmicroscope ( 1960)

49 Objects < /2 do not affect the wave resolution > /2 Abbe limit of microscopy

50 Electron Waves non-relativistic relativistic

51 Philips CM20FEG (S)TEM

52 Interferogram of MgO-Crystal

53 Negatively Stained Bacteriophages

54 Dopant Profiles in a FET diploma thesis Andreas Lenk, Dresden 2001 amplitude phase

55 Hologram of Si [110] Hologram Parameters: U F = 600 V s F = nm Cooperation: Prof. David Smith, ASU, Tempe, U.S.A.

56 Co-Phthalocyanine Ugeda et al. 1978; U A = 500 kV

57 Au – Atome in Au-Clustern

58 Silicon in (100)-orientation nm

59 amplitudephase GaAs in (110)-orientation GaAsGaAsGaAsGaAsGaAsGaAs

60 Materiewellen Louis Victor Pierre Raymond Prince de Broglie, Wer sich über die Quantenmechanik nicht wundert, der hat sie nicht verstanden ! WellenlängeImpuls


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