Determinismus

1
Determinismus
v
m
Raum-Zeit-Kurve r(t)
Gilt dies auch in der Mikrowelt?
2
Elektron
Als erstes Elementar-Teilchen entdeckt von J.J.
Thomson 1897
Ruhemasse m0 9.1094 10-31kg Elementarladung
e 1.6022 10-19C
3
Atom der Ordnungszahl Z
Kern Z
Elektronenhülle Z -
4
Metall - Kristall
0.2nm
5
-

6
Austritts-Arbeit
7
T, E
Kathode
Anode
Elektronenstrahl
-

Ekin e Ua
8
Fokussierung eines Elektronenstrahls
Quelle
Linse
Objekt
9
Ablenkung eines Elektronenstrahls
Quelle
Linse
Ablenker
Objekt
10
Eigenschaften des Elektronenstrahls

• Trägheitslose Ablenkbarkeit
• Feinste Fokussierbarkeit
• Höchste Energiedichte
• cm2 Watt/cm2Elektronenstrahl
  10-7 109
• Lichtbogen 10-3 105Schweißbrenner 10-2 104

11
Elektronenstrahl Bohren und Fräsen
-

12
Bohrungsdurchmesser 4/1000 mm
13
Elektronenstrahl-Schweißen
-

A
B
14
Elektronenstrahl-Schweißen
-

A
B
15
Electron beam vs. TIG
16
Komplizierte SchweissnähteGasgenerator für Airbag
Photo Messer-Griesheim
17
Electron Beam Lithography
-

resist
silicon
0.0001 mm
18
ENIAC 1944Electronic Numeric Integrator and
Calculator
19
Höchstintegration
10mm, 106 Komp
.................................heute
Strukturbreiten lt 1/10,000mm
20
Elektronen sind Teilchen !

• Masse m
• Ladung e
• kinetische Energie e Ua
• lokalisierbar
• elektromagn. Kräfte
• Bahnen
• Newton Mechanik

21
Materiewellen
Wellenlänge
Impuls
Wer sich über die Quantenmechanik nicht
wundert, der hat sie nicht verstanden !
Louis Victor Pierre Raymond Prince de Broglie,
1892 - 1987
22
Teilchen und Wellen
Bahnlokalisierbar
????
Wellenicht-lokalisierbarBeugungInterferenz
23
Teilchen am Spalt
24
Welle am Spalt
falsch !
25
Wellen Beugung am Spalt
?
26
Wellen Beugung am Spalt
?
27
Beugung am Spalt
28
Beugung am Spalt
29
Zweistrahl-Interferenz durch Beugung am
Doppelspalt
30
Fresnel biprism for light
source
?
biprism
?
detector
1/q
interference pattern I(x)2I0(1cos (2?qx)) with
spatial frequency q?/?
31
Wellen und Teilchen Beugung am Spalt
?
32
Teilchen Beugung am Spalt
p
?
33
Teilchen Beugung am Spalt
?
?x
?p
34
Werner Heisenberg
35
Heisenbergsche Unschärfe für QM-Teilchen
36
Electron Diffraction Experiment
Electron Micrograph of the slits
Electron Diffraction
One Slit
Two Slits
from Jönsson, Z. f. Physik 161 (1961), 454 -
474Möllenstedt, Physica B 151 (1988) 201 - 205
37
Möllenstedt electron biprism
electron source
?
biprism

?
detector
1/qc
interference pattern I(x)2I0(1cos (2?qcx)) with
spatial frequency q?/? ?Ubp
38
Electron Interferometer (1962)
39
(No Transcript)
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Quantum Noise
time of flight ? 1µs ltlt time between impacts ? 1ms
single electron interference
41
Elektronenwellen
Wahrscheinlichkeitswellen
42
de Broglie Letter to Möllenstedt
Paris, 19 June 1956 Monsieur and dear
Colleague, I was extremely pleased to receive
your kind letter and to learn of your beautiful
experiments in which you have obtained electron
interference by a method analogous to Fresnel's
biprism. It was, of course, a great pleasure to
see that you have obtained a new and particularly
brilliant proof of the formula l? h/(mv), and I
shall not fail to make known your experiments to
my students. Thanking you most gratefully for
your communication, I beg you to accept, Monsieur
and dear colleague, the expression of my devoted
sentiments,
Louis de Broglie
43
Surely, you are joking Mr. Feynman
We choose to examine a phenomenon which is
impossible, absolutely impossible to explain in
any classical way. In reality, it contains the
only mystery. We cannot make the mystery go away
by explaining how it works. We will just tell you
how it works.
We should say right away that you should not try
to set up this experiment. This experiment has
never been done before. The trouble is that the
apparatus would have to be made on an impossibly
small scale ... We are doing a thought
experiment.
?
?
(The Feynman Lectures on Physics)
44
Beating of electron waves
E
E
V
t
E
E?E
Hubert Schmid, PhD thesis, Tuebingen 1985
45
Which Way?
46
?E
?E ??E/h
energy spectrometer

• interference contrast ? ? lt1 ?lt h/?E

• energy resolution ?E ? gth ? gth/?E

either interference or which way
47
Elektronen sind Wellen
entweder oder .........

• Elektronen, die interferieren, sind nicht
  unterscheidbar
• Elektronen, die unterscheidbar sind, zeigen
  keine Interferenzerscheinung

Elektronen sind Teilchen
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Zeiss Lightmicroscopes
Robert Koch's Microscope (1880)
Lightmicroscope(? 1960)
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Abbe limit of microscopy
?
Objects lt ?/2 do not affect the wave resolution
gt ?/2
50
Electron Waves
non-relativistic
relativistic
non-relativistic
relativistic
51
Philips CM20FEG (S)TEM
52
Interferogram of MgO-Crystal
53
Negatively Stained Bacteriophages
54
amplitude
Dopant Profiles in a FET diploma thesis Andreas
Lenk, Dresden 2001
phase
55
Hologram of Si 110
Hologram Parameters UF 600 V sF 0.054 nm
Cooperation Prof. David Smith,ASU, Tempe, U.S.A.
56
Co-Phthalocyanine
Ugeda et al. 1978 UA 500 kV
57
Au Atome in Au-Clustern
58
Silicon in (100)-orientation
0.543 nm
59

amplitude
phase
GaAs in (110)-orientation
60
Materiewellen
Wellenlänge
Impuls
Wer sich über die Quantenmechanik nicht
wundert, der hat sie nicht verstanden !
Louis Victor Pierre Raymond Prince de Broglie,
1892 - 1987