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Zwei Sonden messen mehr als eine...

31.12.2003

Einzel-Elektronen-Transistoren erlauben die Messung elektrischer Potentiale mit einer Empfindlichkeit, die die durch die Gesetze der Quantenmechanik bestimmte ultimative Grenze erreichen kann. Da sie mit weniger als 100 nm sehr klein sind, kann man sie als elektrisch wie auch räumlich hochauflösende Sonden einsetzen. Wir untersuchten damit Wirbelströme beim quantisierten Hall-Effekt, der bei tiefen Temperaturen und hohen Magnetfeldern in zweidimensionalen Elektronensystemen (2DES) eine präzise Rückführung des elektrischen Widerstands auf Naturkonstanten erlaubt. Wirbelströme entstehen bei Änderungen des Magnetfeldes, während die Detektion der Ströme mit der eigentlich „nur“ für Potentiale empfindlichen Sonde durch den Hall-Effekt ermöglicht wird, bei dem ein Stromfluss im Magnetfeld eine Potentialänderung zur Folge hat.

Im Rahmen eines DFG-Projekts und in Kooperation mit dem Max-Planck-Institut für Festkörperphysik, Stuttgart, wurde die Messtechnik mit metallischen Einzel-Elektronen-Sonden erweitert und zur Untersuchung von 2DES eingesetzt. Dazu wurde die Bedampfungstechnik weiter verfeinert, um unerwünschte parasitäre Strukturen an den Sonden zu vermeiden. Die komplizierte Ausleseelektronik wurde für eine simultane Messung mit mehreren Sonden erweitert. Bringt man Mehrfach-Sonden mit unterschiedlichen Abständen zueinander in die Nähe eines 2DES, erhält man Informationen über die räumliche Verteilung und die zeitliche Fluktuation der elektrischen Potentiale und der Wirbelströme.

Damit konnten wir bestätigen, dass die Wirbelströme die gesamte Probe am Rand umfliessen und nicht in Form einzelner Stromringe auftreten. Für eine Antwort auf die nach wie vor im Detail nicht gelöste Frage der Verteilung extern aufgeprägter Ströme beim quantisierten Hall-Effekt ist das Ergebnis ein wichtiger Schritt, da es einen gangbaren messtechnischen Weg zu empfindlichen ortsaufgelösten Messungen weist.