Ivar Giaever

1929 wurde der norwegisch-amerikanische Physiker Ivar Giaever geboren. Er arbeitete als Architekt und Ingenieur und befasste sich mit vielen Forschungsfeldern. 1973 erhielt er den Physik-Nobelpreis für seine Arbeiten zum Tunneleffekt. Mehr über sein Leben und seine preiswürdige Arbeit erfahrt ihr hier.

Ivar Giaever wurde am 5. April 1929 in Bergen in Norwegen geboren. Er studierte Ingenieurwesen und ging 1954 nach Kanada. Nach einem kurzen beruflichen Gastspiel als Architekt und Ingenieur wanderte er in die USA aus.

Von 1958 bis 1969 arbeitete er am Rensselaer Institut in Troy, New York und forschte zum Theam Supraleiter und Tunneleffekt. Supraleitende Materialien leiten Strom ohne Widerstand. Das funktioniert aber nur, wenn die Materialien dazu auf einige Dutzend Grad Celsius unter null gekühlt werden.

Eiskalte Physik

Supraleitende Materialien werden in medizinischen Geräten wie Computertomographen aber auch in der Magnetschwebebahn Transrapid eingesetzt. Auch das Rastertunnelmikroskop nutzt diesen Effekt, um Bilder aus dem atomaren Bereich zu liefern.

Links siehst du zum Beispiel Chloratome auf einer Eisenoberfläche. Das BIld wurde mit einem Rastertunnelmikroskop aufgenommen.

1973 erhielt Giaever zusammen mit Leo Esaki den Physik-Nobelpreis für Arbeiten zum sogenannten Tunneleffekt in Halbleitern und in den oben geschilderten Supraleitern. Halbleiter sind Metalle, die nur unter bestimmten Bedingungen Strom leiten. Im Herz eines jeden Computers stecken Halbleiter: Chips funktionieren nur mit diesem Material.

Aber was hat es mit dem Tunneleffekt auf sich?

Je tiefer man in die Materie eindringt und je genauer man hinsieht, umso mehr löst sich die in großem Maßstab feste Materie auf. Es gelten andere Gesetzmäßigkeiten als auf unserer Größenebene. Für uns ist ein Computerchip eben ein Computerchip. Taucht man aber ganz tief in den Chip ein, dann bemerkt man seltsame Effekte.

Dazu gehört der Tunneleffekt. Physiker können im Labor beobachten, dass Elektronen einen nichtleitenden Bereich überwinden können. Das heißt, wenn zwei Metalle sich nah beieinander befinden und durch eine dünne nichtleitende Schicht miteinander verbunden sind, können einige wenige Elektronen von der einen Seite auf die andere Seite gelangen. Sie haben die nicht leitende Schicht gewissermaßen durchtunnelt.

Rechts siehst du eine Simulation des Effekts. Der größte Teil einer Elektronenwolke kann nicht durch die Barriere dringen, aber eine Art schwacher Hauch schafft es, sie zu durchtunneln.

Das Erstaunen der Physiker war groß, als dieser Effekt entdeckt wurde. Übertragen auf die Welt unseres Maßstabs bedeutet das nichts anderes, als dass von einer großen Menschenmenge in einem geschlossenen Raum immer mal wieder einzelne Menschen Wände durchdringen würden.

Wie schon geschildert, treten solche seltsame Effekte nur im atomaren Maßstab auf. Ihr müsst also nicht befürchten, auf einmal durch die Decke ein Stockwerk tiefer zu fallen. Physikalische Gesetze verhindern, dass auch große Objekte Barrieren durchtunneln können.

Aber wieso können das dann kleine Teilchen wie das Elektron?

Wie schon geschrieben: Je tiefer man in die Materie eindringt, umso seltsamer verhält sie sich. Physiker beschreiben kleinste Teilchen nicht mehr als kleine feste Kugeln, sondern als eine Art Welle. Dort, wo die Welle am höchsten ist, ist es am wahrscheinlichsten, dass man ein Teilchen antreffen kann. Je weiter entfernt man von diesem Maximum ist, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, das Teilchen dort zu finden aber es ist nicht unmöglich!

Diese Wahrscheinlichkeitswelle durchdringt nun mit ihren Ausläufern dünne Barrieren. Das heißt, dass mit einer geringen Wahrscheinlichkeit ein Teilchen auch jenseits der Barriere zu finden ist. Dass das so ist, beweisen uns die oben geschilderten Anwendungen und Forschungsergebnisse.

Hier siehst du eine weitere bildliche Darstellung des Tunneleffekts.

Für diese Arbeiten erhielt Giaever also den Nobelpreis. Heute arbeitet der Forscher an der Universität Oslo und am Rensselaer Polytechnical Institute.

Ein Zitat Giaevers: "Die Natur ist für den Menschen wie der Kühlschrank für einen Hund: Er weiß, dass Futter drin ist, aber er wird nie verstehen, wie der Kühlschrank funktioniert."

Text: -jj- 3.4.2009 // Bilder: Tunneleffekt: Danko Georgiev/cc-by-sa 3.0; Rastertunnelbild PD; Schema: JC BENOIST/GFDL

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