Gilt dies auch in der Mikrowelt?

Präsentation zum Thema: "Gilt dies auch in der Mikrowelt?"—  Präsentation transkript:

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

2 Elektron Ruhemasse m0= 9.1094 10-31kg
Als erstes Elementar-Teilchen entdeckt von J.J. Thomson 1897: Ruhemasse m0= kg Elementarladung e = C

3 Atom der Ordnungszahl Z
Kern Z + Elektronenhülle Z -

4 Metall - Kristall 0.2nm

5 - +

6 Austritts-Arbeit

7 T, E Kathode Anode Elektronenstrahl Ua - + Ekin = e Ua

8 Fokussierung eines Elektronenstrahls
Quelle Linse Objekt

9 Ablenkung eines Elektronenstrahls
Quelle - + Linse Ablenker Objekt

10 Eigenschaften des Elektronenstrahls
Trägheitslose Ablenkbarkeit Feinste Fokussierbarkeit Höchste Energiedichte cm Watt/cm2 Elektronenstrahl Lichtbogen Schweißbrenner

11 Elektronenstrahl – Bohren und Fräsen
- +

12 Bohrungsdurchmesser 4/1000 mm

13 Elektronenstrahl-Schweißen
+ A B

14 Elektronenstrahl-Schweißen
+ A B

15 Electron beam vs. TIG

16 Komplizierte Schweissnähte Gasgenerator für Airbag
Photo: Messer-Griesheim

17 Electron Beam Lithography
- + resist silicon mm

18 ENIAC 1944 Electronic Numeric Integrator and Calculator

19 Höchstintegration 10mm, 106 Komp
heute: Strukturbreiten < 1/10,000mm

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

21 Louis Victor Pierre Raymond Prince de Broglie, 1892 - 1987
Materiewellen Wellenlänge Impuls „Wer sich über die Quantenmechanik nicht wundert, der hat sie nicht verstanden !“ Louis Victor Pierre Raymond Prince de Broglie,

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

29 Zweistrahl-Interferenz durch Beugung am Doppelspalt

30   Fresnel biprism for light source biprism detector 1/q
interference pattern I(x)=2I0(1+cos (2qx)) with spatial frequency q:=/

31 Wellen und Teilchen: Beugung am Spalt


32 Teilchen: Beugung am Spalt


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

37 Möllenstedt electron biprism
electron source  biprism +  detector 1/qc interference pattern I(x)=2I0(1+cos (2qcx)) with spatial frequency q:=/ ; ~Ubp

38 Electron Interferometer (1962)

39

40 time between impacts  1ms
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 Beating of electron waves
E+E Hubert Schmid, PhD thesis, Tuebingen 1985

45 Which Way?

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

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

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

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

50 Electron Waves non-relativistic relativistic non-relativistic

51 Philips CM20FEG (S)TEM

52 Interferogram of MgO-Crystal

53 Negatively Stained Bacteriophages

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

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

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

57 Au – Atome in Au-Clustern

58 Silicon in (100)-orientation
0.543 nm

59 GaAs in (110)-orientation
amplitude phase GaAs in (110)-orientation

60 Louis Victor Pierre Raymond Prince de Broglie, 1892 - 1987
Materiewellen Wellenlänge Impuls „Wer sich über die Quantenmechanik nicht wundert, der hat sie nicht verstanden !“ Louis Victor Pierre Raymond Prince de Broglie,