2. Die Pyramidentechnik

„In der Welt der Quanten geht es sonderbar zu: Da verhalten sich Objekte mal wie Teilchen und mal wie Wellen; da kann Energie nur paketweise ausgetauscht werden; da existieren Objekte in mehreren Zuständen zugleich; da lassen sich Eigenschaften wie Ort und Geschwindigkeit nicht mehr gleichzeitig exakt messen und da sind Zustände weit entfernter Objekte auf geisterhafte Weise miteinander verknüpft.“2 [Hervorh. d. Verf.]

Einstein sprach von spukhafter Fernwirkung.3 Die Erklärung für dieses sonderbare Verhalten liefert die Theorie von Allem in erster Linie mit dem Polaritätsprinzip, dem Prinzip der Schwingung und dem Prinzip der Geistigkeit.4

Doch auch sprachlich ist die Quantenphysik seltsamen Wandlungen unterworfen. In der Welt der Physik verwendet man eine Fachsprache, die von Laien oft nicht verstanden wird, und Wissenschaftler haben Probleme die Zusammenhänge zu erkennen. Das soll gezeigt werden.

2.1. Die wissenschaftlichen Erkenntnisse

Der nachfolgende wissenschaftliche Beitrag zur Pyramidentechnik basiert auf den Beschreibungen des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Um den beschriebenen Effekt zu zeigen, sollte der Leser zunächst den Originaltext lesen. Titel des Artikels:

„Quantenpunkte: Elektronen bleiben länger angeregt.

Sind Elektronen in winzigen Strukturen im Nanometer-Bereich eingeschlossen, so zeigen sie einmalige Eigenschaften, die für neuartige Computer oder Halbleiter-Laser genutzt werden könnten.

Sheffield (UK)/Paris (Frankreich)/Dresden-Rossendorf – Die Fortschritte auf dem Gebiet der Photonik sind in letzter Zeit enorm. Dies zeigt die optische Datenspeicherung auf CDs und DVDs oder die Glasfaser-Technologie für das Internet. Viele technologische Anwendungen basieren darauf, dass Elektronen, die durch Anregung in einen höheren energetischen Zustand versetzt werden, lange dort verharren und nur langsam in ihren Ursprungszustand zurückkehren. Jeder Laser funktioniert so, und Halbleiter-Laser begegnen uns heute schon im Alltag auf Schritt und Tritt, z. B. an der Kasse im Supermarkt als Scanner. Für verbesserte Halbleiter-Laser, aber auch für zukünftige Technologien wie etwa die Quanteninformationsverarbeitung, ist dabei eine möglichst lange Lebensdauer von angeregten Elektronen wünschenswert.

Vor etwa 20 Jahren konnten Wissenschaftler erstmals sogenannte Quantenpunkte herstellen. Grundlage waren Halbleiter-Substrate beispielsweise aus Galliumarsenid, auf denen Quantenpunkte aus anderen Halbleitermaterialien wuchsen. Diese Quantenpunkte sehen aus wie winzige Pyramiden und bestehen typischerweise aus 1 000 bis etwa 10 000 Atomen. Die Ausdehnung der Nano-Pyramiden ist so gering, dass die Elektronen quantenmechanischen Regeln gehorchen und nicht mehr frei beweglich sind. So können die Elektronen in Quantenpunkten nur bestimmte Energieniveaus einnehmen. Die Elektronen treffen zudem in allen drei Richtungen auf Begrenzungen und verhalten sich deshalb wie eine Art künstliches Atom, das in Zukunft der Ausgangspunkt für revolutionäre (opto)elektronische Bauelemente sein könnte.

Damals wurde vorhergesagt, dass Anregungszustände von Elektronen in den Quantenpunkten eine extrem lange Lebenszeit hätten, weil die Elektronen in dem dreidimensionalen Gefängnis kaum eine Möglichkeit finden würden, um Energie abzugeben. Viele Jahre versuchten Forscher sich daran, dieses Rätsel, das ‚Phonon-Flaschenhals’ genannt wurde, zu entschlüsseln. Vor einigen Jahren konnten weitere Forschungsarbeiten Licht ins Dunkel bringen: Gerade wegen der starken Begrenzung der Elektronen in den Quantenpunkten kann eine in der Fachwelt bekannte Theorie nicht zur Anwendung kommen, die besagt, dass die Elektronen Energie verlieren aufgrund der Schwingungen im Kristallgitter (Phononen genannt). Anstatt Energie an das Gitter abzugeben, schließen sich die Elektronen in den Nano-Pyramiden eng mit den Phononen zusammen und bilden die sogenannten Polaronen.

Wissenschaftler von der Universität von Sheffield in Großbritannien, der Ecole Normale Supérieure in Paris und vom Forschungszentrum Dresden-Rossendorf nahmen diese Theorie ernst und erzeugten Quantenpunkte, die sie einem akkuraten Test über einen breiten Parameterbereich unterziehen wollten. Neben der Zusammensetzung der Quantenpunkte spielen für deren ungewöhnliche Eigenschaften auch Form und Größe eine entscheidende Rolle. Das internationale Forscherteam stellte Quantenpunkte her, deren Energieniveaus signifikant niedriger waren als die Energie der Hauptschwingungen im Kristallgitter. Nur so war es möglich, die Lebensdauern der angeregten Elektronen signifikant zu verlängern. Die Forscher beobachteten eine tausendfache Verlängerung der Lebensdauer, wenn der Energieabstand auch nur halbiert wurde. Sie stieg von mehreren Pikosekunden (ein Millionstel einer Millionstel Sekunde) in den Bereich von Nanosekunden (ein Tausendstel einer Millionstel Sekunde) und verlängerte sich somit um drei Größenordnungen. Diese langen Lebenszeiten könnten ganz neue Anwendungsbereiche erschließen, besonders für Terahertz-Laser auf Basis von Quantenpunkten. Der Grund: Der Abstand der Energieniveaus liegt im Bereich von 10 bis 20 Millielektronenvolt (meV), was auch anders ausgedrückt werden kann als eine Frequenz von wenigen Terahertz.

Um die Lebenszeiten besonders akkurat messen zu können, nutzten die Forscher einen einmaligen Typ eines sehr kurz gepulsten Terahertz-Lasers, den sogenannten Freie-Elektronen-Laser am Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD). Dieser spezielle Laser erzeugt besonders intensive Lichtpulse und überstreicht einen weiten Wellenlängen-Bereich (ungefährliche Infrarot- und Terahertz-Strahlung).“5

Obwohl die Wissenschaft Quantenpunkte als winzige Pyramiden erkennt und die verwendeten Halbleiter wie zum Beispiel Galliumarsenid oder Iridiumarsenid nichts anderes als Kristalle sind, verzichtet der Forscher in vielen wissenschaftlichen Abhandlungen auf die Verwendung dieser Begriffe. Der Physiker bevorzugt den Fachbegriff.

Ein Aha-Erlebnis tritt ein, sobald der physikalische Artikel in die okkulte Sprache übersetzt wird und die Begriffe „Pyramiden und Kristalle“ durchgehend Verwendung finden. Wird der Artikel auf das Wesentliche reduziert, erhalten wir diese Botschaft:

Pyramiden: Elektronen bleiben länger angeregt.

Vor etwa 20 Jahren konnten Wissenschaftler erstmals sogenannte Pyramiden herstellen. Grundlage waren Kristalle beispielsweise aus Galliumarsenid, auf denen Pyramiden aus anderen Kristallen wuchsen.

Diese Pyramiden bestehen typischerweise aus 1 000 bis etwa 10 000 Atomen. Die Ausdehnung der Nano-Pyramiden ist so gering, dass die Elektronen den mechanischen Regeln einer Pyramide gehorchen und nicht mehr frei beweglich sind. So können die Elektronen in Pyramiden nur bestimmte Energieniveaus einnehmen. Aus diesem Grund verhalten sich die Elektronen wie eine Art künstliches Atom.

Damals wurde vorhergesagt, dass Anregungszustände von Elektronen in den Pyramiden eine extrem lange Lebenszeit hätten, weil die Elektronen in den Pyramiden kaum eine Möglichkeit fänden, Energie abzugeben. Gerade wegen der starken Begrenzung der Elektronen in den Pyramiden kann eine in der Fachwelt bekannte Theorie nicht zur Anwendung kommen, die besagt, dass die Elektronen aufgrund der Schwingungen im Kristall (Phononen genannt) Energie verlieren. Anstatt Energie abzugeben, schließen sich die Elektronen in den Nano-Pyramiden eng mit den Phononen zusammen und bilden die sogenannten Polaronen oder – wie es der Hermetiker ausdrücken würde – Pole [Prinzip der Polarität, Anm. d. Verf.].

Wissenschaftler der Universität von Sheffield in Großbritannien, der Ecole Normale Supérieure in Paris und des Forschungszentrums Dresden-Rossendorf nahmen diese Theorie ernst und erzeugten Pyramiden (…). Neben der Zusammensetzung der Pyramiden spielen für deren ungewöhnliche Eigenschaften [Pyramiden-]Form und [Pyramiden-]Größe eine entscheidende Rolle.

Das internationale Forscherteam stellte Pyramiden her, deren Energieniveaus deutlich niedriger waren als die Energie der Hauptschwingungen im Kristall. Nur so war es möglich, die Lebensdauer der angeregten Elektronen signifikant zu verlängern. Die Forscher beobachteten eine tausendfache Verlängerung der Lebensdauer, wenn der Energieabstand auch nur halbiert wurde.

„Sie stieg von mehreren Pikosekunden (ein Millionstel einer Millionstel Sekunde) in den Bereich von Nanosekunden (ein Tausendstel einer Millionstel Sekunde) und verlängerte sich somit um drei Größenordnungen“ [Prinzip der Entsprechung, Anm. d. Verf.].6

In diesem Zusammenhang stellt sich die folgende Frage:

Aus wie vielen Elektronen besteht der...