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

Elektron Ruhemasse m0= 9.1094 10-31kg Als erstes Elementar-Teilchen entdeckt von J.J. Thomson 1897: Ruhemasse m0= 9.1094 10-31kg Elementarladung e = 1.6022 10-19C

Atom der Ordnungszahl Z Kern Z + Elektronenhülle Z -

Metall - Kristall 0.2nm

- +

Austritts-Arbeit

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

Fokussierung eines Elektronenstrahls Quelle Linse Objekt

Ablenkung eines Elektronenstrahls Quelle - + Linse Ablenker Objekt

Eigenschaften des Elektronenstrahls Trägheitslose Ablenkbarkeit Feinste Fokussierbarkeit Höchste Energiedichte cm2 Watt/cm2 Elektronenstrahl 10-7 109 Lichtbogen 10-3 105 Schweißbrenner 10-2 104

Elektronenstrahl – Bohren und Fräsen - +

Bohrungsdurchmesser 4/1000 mm

Elektronenstrahl-Schweißen + A B

Elektronenstrahl-Schweißen + A B

Electron beam vs. TIG

Komplizierte Schweissnähte Gasgenerator für Airbag Photo: Messer-Griesheim

Electron Beam Lithography - + resist silicon 0.0001 mm

ENIAC 1944 Electronic Numeric Integrator and Calculator

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

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

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, 1892 - 1987

???? 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

Teilchen am Spalt

Welle am Spalt falsch !

Wellen: Beugung am Spalt 

Wellen: Beugung am Spalt 

Beugung am Spalt

Beugung am Spalt

Zweistrahl-Interferenz durch Beugung am Doppelspalt

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

Wellen und Teilchen: Beugung am Spalt 

Teilchen: Beugung am Spalt 

Teilchen: Beugung am Spalt  x p

Werner Heisenberg

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

Electron Diffraction Experiment Electron Micrograph of the slits Electron Diffraction One Slit Two Slits from: Jönsson, Z. f. Physik 161 (1961), 454 - 474 Möllenstedt, Physica B 151 (1988) 201 - 205

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

Electron Interferometer (1962)

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

Elektronenwellen = Wahrscheinlichkeitswellen

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

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)

Beating of electron waves E+E Hubert Schmid, PhD thesis, Tuebingen 1985

Which Way?

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

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

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

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

Electron Waves non-relativistic relativistic non-relativistic

Philips CM20FEG (S)TEM

Interferogram of MgO-Crystal

Negatively Stained Bacteriophages

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

Hologram of Si [110] Hologram Parameters: UF = 600 V sF = 0.054 nm Cooperation: Prof. David Smith, ASU, Tempe, U.S.A.

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

Au – Atome in Au-Clustern

Silicon in (100)-orientation 0.543 nm

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

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, 1892 - 1987