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14. Oktober 2000 © Schulphysik">email: Schulphysik

PHYSICS NEWS UPDATE The American Institute of Physics Bulletin of Physics
THE 2000 PHYSICS NOBEL PRIZE
 News Number 506/7 - 10. Oktober, 2000
by Phillip F. Schewe and Ben Stein
Pionier der Halbleiterforschung
Pressemitteilung VolkswagenStiftung, 11.10.2000
http://www.nobel.se/
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THE 2000 PHYSICS NOBEL PRIZE recognizes the vital role of physics in the information technology revolution. Half the prize will be awarded to Zhores I. Alferov of the Ioffe Physico- Technical Institute in St. Petersburg, Russia and Herbert Kroemer of the University of California at Santa Barbara for their early work in such areas as the design of heterostructures (sandwich structures made of numerous semiconductor layers, tailored to produce certain electronic effects, or to emit light), semiconductor lasers, epitaxial growth techniques (the ability to lay down very thin layers of atoms in a highly controlled manner), and optoelectronics (combining the information processing talents of both electrons and photons). The other half of the prize will be awarded to Jack Kilby of Texas Instruments, one of the pioneers in producing integrated circuits. Tiny transistors replaced vacuum tubes as a means of performing the important tasks of switching and amplifying in electronic circuits. But it wasn't until many transistors and other elements could be wired up in a small space that today's information revolution could begin. Integration and miniaturization not only led to more efficient packaging but also to quicker processing since signals travel shorter paths. This growth of computer-based information processing and flow is epitomized by "Moore's law," named for Gordon Moore of Intel, according to which the density of devices squeezed onto a microchip should double (and for decades it has doubled) every 18-24 months. (Nobel website: http://www.nobel.se/announcement/2000/phyen.html.)

THE NOBEL PRIZE IN CHEMISTRY goes to Alan J. Heeger (UC-Santa Barbara), Alan G. MacDiarmid (University of Pennsylvania), and Hideki Shirakawa (University of Tsukuba, Japan) for discovering that plastics, modified in certain ways, can conduct electricity very well. Plastics are polymers, long chainlike molecules composed of simpler units known as monomers. From Saran wrap to foam cups, polymers are normally insulating materials. But in the 1970s, Shirakawa, finding a new way to make the polymer polyacetylene, accidentally added 1,000 times too much catalyst. He produced a silvery film, which he later presented in 1977 to Heeger and MacDiarmid, who had been investigating the possibility of "synthetic metals." The three studied the properties of the material. When they added iodine, the polymer's electrical conductivity shot up by several million times. The result was a whole new field--conducting polymers--which has led to plastic versions of many electronic devices, such as light emitting diodes. Compared to inorganic materials, plastics are more flexible and potentially cheaper and easier to manufacture. In addition, the discovery of conducting polymers provides a foundation for the development of molecular computers, in which electrically conducting molecules act as the building blocks of computing devices. (Nobel prize site at http://www.nobel.se/announcement/2000/chemistry.html ; the July 1995 Scientific American also has a nice background article on conducting polymers.)

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Pionier der Halbleiterforschung erhielt aus Hannover bislang rund eine halbe Million Mark Diesjähriger Physik-Nobelpreisträger Zhores I. Alferov seit vielen Jahren von der VolkswagenStiftung gefördert Seit Anfang der neunziger Jahre unterstützt die VolkswagenStiftung eine große Zahl qualifizierter Wissenschaftler in Mittel- und Osteuropa - einer von ihnen ist Professor Zhores I. Alferov, der heute mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurde. Professor Alferov, Direktor des Joffe-Instituts in St. Petersburg, ist ein Pionier der Halbleiterforschung; alle derzeit existierenden unterschiedlichen Halbleiterlaser basieren auf von ihm entwickelten Prinzipien. Gefördert wird von der Stiftung unter anderem - im Rahmen der Förderinitiative "Zusammenarbeit mit Natur- und Ingenieurwissenschaftlern in Mittel- und Osteuropa" - seit dem Jahr 1993 mit insgesamt über einer halben Million Mark die Forschungskooperation Alferovs mit Professor Dr. Dieter Bimberg, Geschäftsführender Direktor des Instituts für Festkörperphysik der Technischen Universität Berlin. Zur Förderung Alferovs durch die Stiftung: Die Wissenschaftler aus St. Petersburg und Berlin, die seit einigen Jahren mit finanzieller Unterstützung der VolkswagenStiftung zusammenarbeiten, stehen international an der Spitze der Halbleiterforschung. Ihre Förderung erfolgt aus gutem Grund: Halbleiterlaser etwa sind aus unserer Welt kaum noch wegzudenken. Ohne sie gäbe es nicht die Scanner in den Registrierkassen, die Preisschilder und Artikelnummern lesen, ohne sie könnten wir keine CompactDisc im CD-Player oder im Computer abspielen, ohne sie würden auch viele andere moderne Geräte der Nachrichtenübermittlung nicht arbeiten. Entsprechend groß sind der Hunger der Techniker nach immer leistungsfähigeren Halbleitermaterialien und die Erwartungen, die an die Grundlagenforschung gerichtet werden. Halbleiterlaser beruhen gewöhnlich auf winzigen Strukturen, so genannten Quantengräben, in denen die Bewegung von Elektronen stark auf eine Ebene eingeschränkt ist. Die geförderten Festkörperphysiker haben vor nicht langer Zeit einen wichtigen Schritt getan, in dem sie ultrakleine, jedoch in Größe und chemischer Zusammensetzung uniforme Halbleiterteilchen erzeugten, die so genannten Quantenpunkte. In ihnen sind Elektronen vollständig lokalisiert. Bauelemente dieser Art könnten beispielsweise im Inneren eines Computers eine optische Verbindung zwischen zwei Chips ermöglichen, durch die Daten tausendfach schneller übertragen werden als durch eine elektrische Verbindung. Voraussetzung dafür ist, dass es gelingt, regelmäßige Muster von gleich "großen" Quantenpunkten zu erzeugen. Dazu nutzen die Forscher die Fähigkeit von Molekülen zur Selbstorganisation, wobei diese sich an der Oberfläche von Kristallen selbst zu einer regelmäßigen Struktur anordnen. So bilden zum Beispiel Indiumarsenid-Moleküle, die auf einer Unterlage aus Galliumarsenid aufwachsen, unter bestimmten Bedingungen ein Muster von winzigen äußerst regelmäßigen Pyramiden. Elektronen, die in solchen Pyramiden gefangen sind, können Licht der gleichen Wellenlänge aussenden - vorausgesetzt, dass sie äußerst gleichmäßig gewachsen sind und sich höchstens um die Länge von vier Molekülen voneinander unterscheiden. Inzwischen ist es gelungen, Meisterwerke dieser Präzision herzustellen, die auch bei Zimmertemperatur stabil arbeiten. Dank der engen Zusammenarbeit - die in St. Petersburg mit speziellen Verfahren hergestellten Materialien werden in Berlin untersucht - gelang es der von der VolkswagenStiftung geförderten deutsch-russischen Arbeitsgruppe, in der Forschung eine weltweit führende Position einzunehmen. Ziel des noch bis Anfang 2001 laufenden Projekts ist es, die Selbstorganisationsmechanismen von Halbleiter-Nanostrukturen derart systematisch zu erforschen und mit der Entwicklung neuartiger Bauelemente zu verknüpfen, dass diese Elemente Eingang in die industrielle Anwendung finden und zu einem ökonomischen "Wachstumsschub aus dem Nanokosmos" beitragen können. Ein Beispiel für das Potential der Quantenpunkt-Laser sind neuartige fasergestützte Datenverbindungen zwischen Rechnern. Zur Biografie: Professor Zhores I. Alferov wurde 1930 in Vitebsk, Weissrussland, geboren. Doktorgrad in Physik und Mathematik 1970 am A. F. Joffe-Institut in St. Petersburg, das er seit 1987 leitet. Er ist seit 1991 Vize-präsident der Russischen Akademie der Wissenschaften und Präsident des St. Petersburger Wissenschaftszentrums innerhalb der Russischen Akademie der Wissenschaften; ebenso war er Mitglied des russischen Parlaments, der Duma. Zur Stiftungsphilosophie für Mittel- und Osteuropa: Nach einer Startphase bilateraler Kooperationsprojekte konzentriert sich die Volkswagen-Stiftung seit Anfang 1997 insbesondere auf die jüngere Forschergeneration in Mittel- und Osteuropa, die entscheidend für die weitere Entwicklung der Wissenschaft in diesen Ländern ist. Damit will die Stiftung auch einen Beitrag dazu leisten, den "brain-drain", also die Abwanderung von Wissenschaftlern in westliche Industrieländer, zu mildern. Die Stiftung fördert etwa im Rahmen der Förderinitiative "Zusammenarbeit mit Natur- und Ingenieurwissenschaftlern in Mittel- und Osteuropa" jährlich rund fünfzehn Forschungsprojekte, die von international herausragenden Nachwuchswissenschaftlern eigenverantwortlich und in Zusammenarbeit mit deutschen Wissenschaftlern durchgeführt werden. Noch eine weitere der bisher ausgesprochenen Bewilligungen ging dabei an das Petersburger Institut des Nobelpreisträgers Professor Alferov - und zwar an eine von Professor Dr. N. Ledentsov geleitete Arbeitsgruppe. So trägt die VolkswagenStiftung entscheidend dazu bei, dass über die Achse Berlin/St. Petersburg die internationale Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Festkörperphysik gestärkt wird.

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