25. Januar 2003

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sich eine konstruktive Interferenz (Verstärkung); sind sie gegenphasig, so ergibt sich
destruktive Interferenz (Auslöschung).
Diese Interferenzen von Elektronenwellen mitteln sich in makroskopischen
Proben, etwa handelsüblichen Kupferdrähten, heraus wegen der Vielzahl möglicher
Elektronenpfade und damit Phasenunterschiede. In nanostrukturierten Proben mit
vergleichsweise nur wenigen Elektronenpfaden sind konstruktive oder destruktive
Interferenz direkt als Erhöhung oder Erniedrigung des elektrischen Leitwerts, d.h.
des Kehrwerts des elektrischen Widerstands, beobachtbar. Um Interferenzen beob-
achten zu können, müssen die Elektronenwellen kohärent sein, d.h. die Elektronen
müssen ihr „Phasengedächtnis“ behalten. Während elastische Streuung von Elektro-
nen an Kristallbaufehlern (Punktdefekte, Versetzungen) das Phasengedächtnis nicht
zerstört, führt die inelastische Streuung an Gitterschwingungen zum Verlust der
Kohärenz. Daher müssen die Untersuchungen zu Elektroneninterferenzen in Metal-
len meist bei tiefen Temperaturen (T < 1 K) durchgeführt werden. Sie wurden in
Metallen zum ersten Mal bereits von Webb et al. 1985 nachgewiesen. Dabei werden
die Interferenzerscheinungen auf Grund der Phasenverschiebung durch das mit
einem angelegten Magnetfeld verknüpfte Vektorpotential hervorgerufen (Aharonov-
Bohm-Effekt), wie von Möllenstedt und Bayh zuerst an Elektronen im Vakuum
beobachtet wurde.
Bei sehr kleinen metallischen Strukturen, nämlich dann wenn die Abmessun-
gen in den Bereich der Wellenlänge der Elektronen kommen, tritt ein weiterer Effekt
auf: die Wellenlänge der Leitungselektronen muß in die geometrischen Abmessun-
gen der Struktur „passen“, ähnlich wie dies für Mikrowellen in einem Hohlleiter
oder Lichtwellen in einem Glasfaserkabel gilt. In Halbleiterstrukturen ist die charak-
teristische Wellenlänge der Leitungselektronen, die Fermi-Wellenlänge Ä.F, sehr groß
im Vergleich zum Atomabstand, daher kann dort das Bild des Wellenleiters benutzt
werden. In „richtigen“ Metallen wie Kupfer dagegen ist Q etwa so groß wie der
Atomabstand; die Querschnittsfläche des „Wellenleiters“ besteht nur aus wenigen
Atomen oder — im Extremfall — einem einzelnen Atom!
Einatomare Kontakte zwischen zwei Metallen lassen sich u.a. mit Rastertun-
nelmikroskopen und mit mechanisch kontrollierten Bruchkontakten erhalten. Das
Prinzip der zweiten Technik, die von van Ruitenbeek et al. entwickelt wurde, ist in
Abb. 1 zu sehen: In einen auf einem biegsamen Substrat aufgedampften dünnen
Metallfilm (hier aus Aluminium) wird mittels Elektronenstrahllithographie eine Ein-
schnürung von etwa 100 nm Breite strukturiert. Die zwischen dem Metallfilm und
dem Substrat befindliche isolierende Polyimidschicht wird im Bereich der Ein-
schnürung weggeätzt, so daß eine freitragende Nanobrücke von etwa 2 pm Länge
entsteht. Durch einen Antrieb von außen läßt sich das Substrat soweit verbiegen, bis
die Nanobrücke gedehnt wird und schließlich reißt. Durch Rücknahme der Bie-
gung treten beide Teile der Brücke wieder in Kontakt. Mit einigen Untersetzungs-
gliedern läßt sich eine Genauigkeit beim Vorschub des Schiebers von etwa 0.1 pm
erreichen, was einer Dehnung oder Stauchung der Nanobrücke um 20 pm — etwa
ein Hundertstel Atomabstand! - entspricht. Auf diese Weise läßt sich sehr genau der
Leitwert beim Öffnen und Schließen der Brücke messen. Abb. 2 (links) zeigt em Bei-