Dezember 2014

Der diesjährige Physik-Nobelpreis würdigt die Arbeiten zur Entwicklung der blauen LEDs. Erst damit ist auch weißes LED-Licht möglich (vgl. S. 28, Bild: Wikipedia, CC BY-SA 2.5).

Meinung

Edward G. Krubasik
12 / 2014 Seite 3

Die Besten für das Lehramt gewinnen

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Aktuell

Alexander Pawlak
12 / 2014 Seite 6

Aller guten Dinge sind drei

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Maike Pfalz
12 / 2014 Seite 7

Pakte für die Zukunft

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Stefan Jorda
12 / 2014 Seite 8

Projekte, Profile, Prioritäten

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Stefan Jorda
12 / 2014 Seite 9

''Mit Physik getränkt''

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12 / 2014 Seite 10

DFG: Neue Graduiertenkollegs

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12 / 2014 Seite 10

Notwendiger Ausbau

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Rainer Scharf
12 / 2014 Seite 11

USA


Neues Institut für Photonik
Neutrino­experiment gestartet
NSF gibt Rechenschaft
Fusionsstrategie unter Feuer

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Philipp Hummel
12 / 2014 Seite 11

Haft statt Wissenschaft

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Leserbriefe

Manfred Treber
12 / 2014 Seite 13

Enge Sichtweise

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Anton Röhrmoser
12 / 2014 Seite 13

Ungenaue Angaben

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High-Tech

Michael Vogel
12 / 2014 Seite 14

AusgetrickstAufgespürtEingedampftEinverleibt

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Im Brennpunkt

Christoph Becker und Klaus Sengstock
12 / 2014 Seite 16

Quantengase tauschen sich aus

Zwei unabhängige Experimente haben die Spin-Orbit-Austauschwechselwirkung
in einem ultrakalten Quantengas beobachtet.

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Helmut Kohl
12 / 2014 Seite 17

Schnappschuss in 3D

Die räumliche Struktur eines Nanokristalls lässt sich bereits aus einer einzelnen atomar aufgelösten
elektronenmikroskopischen Aufnahme gewinnen.

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Christian Schneider und Sven Höfling
12 / 2014 Seite 19

Perfektion aus Namibia

In einem natürlichen Cu2O-Kristall ließen sich ausgedehnte Materieanregungen, sog. Rydberg-Exzitonen,
mit bislang unerreichter Klarheit und Perfektion nachweisen.

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Nobelpreise

Jörg Bewersdorf, Christian Eggeling und Thomas A. Klar
12 / 2014 Seite 23

Abbe ausgetrickst

Durch kein Mikroskop können Theile getrennt (...) werden, wenn dieselben einander so nahe stehen, dass auch der erste durch Beugung erzeugte Lichtbüschel nicht mehr gleichzeitig mit dem ungebeugten Lichtkegel in das Objectiv eintreten kann“ schrieb Ernst Abbe im Jahre 1873 in seinem denkwürdigen Aufsatz „Beiträge zur Theorie des Mikroskops und der mikroskopischen Wahrnehmung“ [1]. Eine Seite weiter kommt er zu der Formel, die wir alle im Grundstudium der Physik gelernt haben, dass nämlich die laterale Auflösung durch ein Drittel der Wellenlänge gegeben ist, für sichtbares Licht also etwa 200 nm beträgt. Den diesjährigen Nobelpreis für Chemie erhalten Stefan W. Hell, William E. Moerner und Eric Betzig dafür, dass sie Methoden entwickelt haben, um dieses Beugungs­limit zu brechen.

Doch zunächst zur Historie. Nicht nur Ernst Abbe, sondern auch Lord Rayleigh und C. Sparrow argumentierten, dass die Wellennatur des Lichts und die daraus resultierenden Beugungserscheinungen die Auflösung im Mikroskop beschränken und unweigerlich dazu führen, dass sich Licht nicht besser fokussieren lässt als auf ein diffuses Beugungsscheibchen mit einem lateralen Durchmesser von etwa 200 nm. Dieses „Naturgesetz“ wurde seit dem Ende des 19. Jahrhunderts jedem und jeder Studierenden der Physik beigebracht und als unumstößliche Grenze der Auflösung vermittelt. Wie so oft, wenn eine vermeintliche Tatsache nur häufig genug wiederholt wird, wird sie zum Dogma, das kaum jemand infrage stellt. Und das, obwohl alle „Zutaten“ für die Überwindung dieser Auflösungsgrenze eigentlich schon Ende der 1920er-Jahre vorhanden gewesen wären: Die Tatsache, dass Farbstoffmoleküle gegenüber ihrer Emissionswellenlänge blauverschoben absorbieren, hatte Sir Stokes im Jahr 1852 empirisch beschrieben. Richtig spannend wurde es aber mit der Quantenchemie: Niels Bohr stellte 1913 die Quantentheorie der Absorption und Emission von Licht durch Atome auf, und 1927 dehnten Born und Oppenheimer (neben anderen) diese Theorie auf Moleküle aus. 1916 postulierte Einstein die Exis­tenz der stimulierten Emission, die Kopfermann und Ladenburg 1928 experimentell verifizieren konnten. Obwohl all dies bekannt war, dauerte es 66 Jahre, bis Stefan Hell als junger Nachwuchswissenschaftler nicht von der Idee lassen wollte, dass – bei all dem, was die moderne Physik zu bieten hat – ein Beugungslimit von 1873 nicht der Weisheit letzter Schluss sein konnte. ...

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Henning Riechert
12 / 2014 Seite 28

Ein blaues Wunder

Blaue Leuchtdioden waren bis Mitte der Neunzigerjahre exotische Bauelemente. Das einzige dafür verfügbare Festkörper-Material, Siliziumkarbid (SiC), war wegen seiner indirekten Band-lücke eigentlich ungeeignet. Daher blieben die blauen Leuchtdioden (LED) lichtschwach und ineffizient. Immerhin fanden sie sich als Fernlicht-Indikator in jedem Auto, waren anderweitig aber kaum nutzbar. Neue Hoffnung hatte der III-V-Verbindungshalbleiter Gallium­nitrid (GaN) versprochen, der schon länger in der Forschung bekannt war.

Bereits in den Siebzigerjahren hatte es größere internationale Anstrengungen gegeben, GaN technologisch zu beherrschen. Damals ließen sich viele seiner grundlegenden Eigenschaften bestimmen. Zudem fand man heraus, dass sich GaN wegen seiner direk­ten Bandlücke sehr gut zur Licht­erzeugung eignen sollte. An seiner technischen Beherrschung bissen sich jedoch alle Forscher die Zähne aus – fortan sah alles danach aus, dass GaN nur eine kurze Episode in der Geschichte der Optoelektronik bleiben würde.

Die stürmische Entwicklung dieses Gebietes hatte Anfang der Sechzigerjahre eingesetzt, als es gelungen war, Galliumarsenid (GaAs) und verwandte Halbleiter erfolgreich herzustellen. Technologen und Forscher hatten gelernt, Einkristalle aus GaAs oder Indium­phosphid (InP) zu ziehen, Substrate daraus herzustellen und n- sowie p-dotierte dünne kristalline Schichten von hoher Qualität (epitaktisch) darauf abzuscheiden. Erste Leuchtdioden und Halbleiterlaser entstanden, und rasch entwickelte sich daraus die optische Nachrichtentechnik mit Datenübertragung über Glas­fasern. Im Zuge dieser Entwicklung gerieten LEDs etwas aus dem Fokus – Laser und die darin verwendeten Quantenstrukturen waren einfach mehr „sexy“. Dazu kam, dass die verfügbaren Materialien mit direkter Bandlücke nur den Spektralbereich vom nahen Infrarot bis zum Roten abdeckten. Daher war gar nicht daran zu denken, die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau mit effizienten LEDs zu erzeugen – und damit auch weißes Licht. ...

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Überblick

Stefan Kowarik, Katharina Broch und Frank Schreiber
12 / 2014 Seite 33

Beim Wachstum zusehen

Kristalle, dünne Schichten oder komplexere Hetero­strukturen herzustellen ist unverzichtbar für verschiedenste technische Anwendungen. Dabei treten zahlreiche fundamentale Vorgänge auf wie Nukleationsprozesse, Instabilitäten sowie Morphologie- und Strukturänderungen. Streumethoden und optische Methoden erlauben es, diese Prozesse „in situ“ und in Echtzeit zu verfolgen, also während des Wachstums.

In der Natur entstehen Strukturen aufgrund von Wachstumsprozessen, die auf den verschiedensten Längen- und Zeitskalen stattfinden. Auf geologischen Zeitskalen bilden sich Gesteinsformationen oder Mineralien. In der belebten Welt spielen sich das Entstehen (und Absterben) von biologischem Gewebe sowie die Biomineralisation auf kürzeren Zeitskalen ab. Vielfach konkurrieren dabei verschiedene Prozesse wie Adsorption und Desorption mit jeweils unterschiedlicher Kinetik, sodass sich die resultierenden Strukturen oft nicht nur durch Gleichgewichts­argumente (z. B. ein Minimum der Freien Energie) erklären lassen. Wachstum findet im Nichtgleichgewicht statt, wobei die „Entfernung“ vom Gleichgewicht je nach Phänomen sehr unterschiedlich sein kann. Dies ist in der Welt der Technik mit den unzähligen Strukturen für die verschiedensten Anwendungen ähnlich. So arbeitet die Kristallzucht in der Regel vergleichsweise nah am Gleichgewicht, während Beschichtungsprozesse oder die Erzeugung komplexer Heterostrukturen oft relativ weit davon entfernt sind. Diese Prozesse mit ganz unterschiedlichen Wachstumsbedingungen sind für viele Bauelemente relevant, z. B. für Quantenpunkt- und Quantentopf-Laser in der (Opto-)Elektronik, Mehrschichtsysteme wie Bragg-Spiegel oder Chips mit verspannten SiGe-Schichten zur Erhöhung der Ladungsträger-Mobilität. Eine zunehmende Rolle spielen dünne Schichten organischer Halbleiter in LED-Beleuchtung, Display-Anwendungen sowie Solarzellen. Da hierbei meist mehrere dünne Molekülschichten aufeinander gewachsen werden, sind die Herausforderungen an das Wachstum komplex. ...

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Bildung - Beruf

Michael Kaschke und Anja Metzelthin
12 / 2014 Seite 41

Arbeitsmarkt für Physikerinnen und Physiker

Am Arbeitsmarkt setzt sich der Trend fort, dass mehr Physikerinnen und Physiker, insbesondere jüngere, arbeitslos gemeldet sind. Die Industrie bietet wieder mehr offene Stellen in Forschung und Entwicklung, vergleichbar mit den Jahren 2012 und 2011. Dagegen gibt es insgesamt sowie speziell an Hochschulen weniger offene Stellen. Die Zahlen werden ein wenig dadurch relativiert, dass auch die Zahl der Beschäftigten angestiegen ist. Physikerinnen und Physiker sind also auf dem Arbeitsmarkt weiterhin begehrte Fachkräfte.

Seit dem Vorjahr ist die Zahl der Arbeitslosen im Zielberuf Physiker um 19 Prozent gestiegen. Von den Arbeitslosen sind 80 Prozent männlich und 20 Prozent weiblich. Betrachtet wird der Zeitraum von Oktober 2013 bis September 2014 bzw. für einige Analysen das Gesamtjahresmittel. Nachdem die Zahl der bei der Bundesagentur für Arbeit (BA) gemeldeten Arbeitslosen in den Jahren 2007 und 2008, also vor der Wirtschaftskrise, sehr niedrig war, liegt sie aktuell ungefähr auf dem Niveau des Jahres 2006 (Abb. 1). Bei der Analyse der angegebenen Zahlen ist zu beachten, dass die tatsächliche Zahl der arbeitslosen Physikerinnen und Physiker noch höher anzusetzen ist, da die BA nur diejenigen Personen in ihrer Statistik führt, die auch in klassische Physikberufe vermittelt werden möchten. Physikerinnen und Physiker, die beispielsweise in der IT, der Finanzbranche oder als Lehrer arbeiten, erfasst die Statistik nicht. Nur etwa ein Viertel aller Physiker arbeiten auch im Zielberuf Physiker [1]. ...

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Physik im Alltag

Michael Vogel
12 / 2014 Seite 44

Wenn jede Minute zählt

Lawinenopfer müssen möglichst rasch geborgen werden, weil die Überlebenschancen rapide sinken. Zwei unterschiedliche Technologien unterstützen die Retter bei der Suche.

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Menschen

12 / 2014 Seite 46

Personalien

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Max G. Huber, Reinhard Beck und Edward G. Krubasik
12 / 2014 Seite 49

Nachruf auf Theo Mayer-Kuckuk

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Razmik Mirzoyan und Christian Spiering
12 / 2014 Seite 50

Nachruf auf Eckart Lorenz

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Amand Faessler
12 / 2014 Seite 51

Zum Gedenken an Fritz Dönau

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Alexander Pawlak
12 / 2014 Seite 52

''An die Kosmetikindustrie hatte ich gar nicht gedacht''

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Bücher/Software

Anja Hauck
12 / 2014 Seite 53

E. Colfer: WARP - Der Quanten­magier

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Maike Pfalz
12 / 2014 Seite 53

M. Orths: Alpha & Omega. Apokalypse für Anfänger

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Stefan Jorda
12 / 2014 Seite 54

W. M. Heckl: Die Kultur der Reparatur

weiterlesen
Alexander Pawlak
12 / 2014 Seite 54

J. Ottaviani und L. Myrick: Feynman: Ein Leben auf dem Quantensprung

weiterlesen
Stefan Oldenburg
12 / 2014 Seite 55

T. Posch et al. (Hrsg.): Das Ende der Nacht

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DPG

12 / 2014 Seite 56

Wahlen zum DPG-Vorstand

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Tagungen

Thomas Voigtmann
12 / 2014 Seite 56

Nonlinear Dynamics in Complex Systems and Nonequilibrium

570. WE-Heraeus-Seminar

weiterlesen
Marcel Stephan Kehl
12 / 2014 Seite 56

General Relativity @ 99

DPG-Physikschule

weiterlesen
Harald Fritzsch und Willibald Plessas
12 / 2014 Seite 57

New Physics Within and Beyond the Standard Model

571. WE-Heraeus-Seminar

weiterlesen
Tyler Cote und Kyle Bunkers
12 / 2014 Seite 57

The Physics of ITER

DPG-Sommerschule

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Rubriken

12 / 2014 Seite 57

Notizen

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12 / 2014 Seite 58

Tagungskalender

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Neue Vakuumpumpe VACUU·PURE® 10

Öl- und abriebfreies Vakuum bis 10⁻³  mbar

VACUUBRAND präsentiert eine trockene und abriebfreie Schraubenpumpe für den Vakuumbereich bis 10⁻³ mbar. Die Pumpe besticht durch ihre wartungsfreie Technologie ohne Verschleißteile und weist ein Saugvermögen von 10 m³/h auf. VACUU·PURE 10 ist die ideale Lösung für Prozesse, bei denen partikel- und kohlenwasserstofffreies Vakuum im Bereich bis 10⁻³ mbar benötigt wird. Mit dieser Eigenschaft deckt die Schraubenpumpe viele Anwendungsgebiete ab – wie beispielsweise Analytik, Vorvakuum für Turbomolekularpumpen oder die Regeneration von Kryopumpen. Sie ermöglicht aber auch Prozesse wie die Vakuumtrocknung, Gefriertrocknung, Wärmebehandlung, Entgasung oder Beschichtung. Da keine Verschleißteile zu tauschen sind und lästige Ölwechsel entfallen, ist ein unterbrechungsfreier Betrieb mit sehr langen Standzeiten möglich.

VACCU PURE 10

Lernen Sie VACUU·PURE 10 kennen.

Erleben Sie unsere neue HiScroll – die ölfreien Vakuumpumpen von Pfeiffer Vacuum

Die HiScroll Serie besteht aus drei ölfreien und hermetisch dichten Scrollpumpen mit einem nominellen Saugvermögen von 6 – 20 m³/h. Die Pumpen zeichnen sich insbesondere durch ihre hohe Leistung beim Evakuieren gegen Atmosphäre aus. Ihre leistungsstarken IPM*-Synchronmotoren erzielen einen bis zu 15% höheren Wirkungsgrad in Vergleich zu konventionellen Antrieben.

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