25. Januar 2003

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stante). Leitwertsprünge der Größe von etwa Go wurden schon früher an mecha-
nisch kontrollierten Bruchkontakten mit verschiedenen Metallen nachgewiesen,
allerdings ohne die Stabilität, die die Kombination mit der Mikrostrukturierung
ermöglicht.
Leitwertplateaus sind zuerst in Halbleiterstrukturen mit einer strengen Ab-
folge G = NG0 (N = 1,2, ...) von van Wees et al. und Wharam et al. nachgewiesen
worden. Bei diesen Systemen hegt wegen der geringen Ladungsträgerdichte die
Wellenlänge ÄF der den Strom tragenden Elektronen bei etwa 30 nm, sie ist also viel
größer als der Atomabstand, wie schon oben erwähnt. Man kann den Stromtransport
durch eine Einschnürung von der Größenordnung XF als quantenmechanisches
Streuproblem betrachten: ein Teil einer Welle i wird zurückgestreut, der Rest
durch die Einschnürung mit der Wahrscheinlichkeit 7] transmittiert. Jede Elektro-
nenwelle oder „Mode“ (analog zu elektromagnetischen Wellen in Hohlleitern) trägt
mit Gj = Go Tt zum Leitwert bei, insgesamt ist also bei N unabhängigen Moden
G = Go Tj Bei den erwähnten Halbleiterstrukturen ist also offenbar T) = 1 für
alletransmittierten Moden. Hier kann man also von „Leitwertquantisierung“ spre-
chen.
Auch metallische Kontakte zeigen statistisch bevorzugte Leitwerte, wie Abb. 2
(rechts, nachYanson und van Ruitenbeek) zeigt. Diese Werte sind jedoch element-
spezifisch und hängen ab von der jeweiligen experimentellen Realisierung (Tempe-
ratur, Geschwindigkeit des Öffnens und Schliefens). Die kleinsten stabilen Kontak-
te, die vermutlich einatomare Kontakte darstellen, haben häufig einen Leitwert nahe
Go. Entspricht dies einem einzelnen Transportkanal mit T{ ~ 1? Um diese Frage zu
untersuchen, nutzen E. Scheer et al. die nichtlinearen Strom-Spannungs-Kennlinien
von supraleitenden Punktkontakten aus. Man stellt die Biegung des Substrats auf
einen stabilen Leitwert em, kühlt den Kontakt bis unter die supraleitende Sprung-
temperatur und mißt die Strom-Spannungs-Kennhnie. Aus deren Analyse läßt sich
die Zahl der transmittierten Moden und der jeweilige Transmissionskoeffizient T{
ermitteln, wie Scheer et al. zeigen konnten.
Untersuchungen an vielen einatomaren Kontakten einer Reihe verschiedener
Metalle haben gezeigt, daß für Aluminium und ebenfalls für Blei meist drei Kanäle
zum Leitwert auf dem letzten Plateau beitragen, für Niob fünf und für Gold em
Kanal (in diesem ebenfalls von Scheer et al. durchgeführten Experiment wurde im
Normalleiter Gold Supraleitung durch den sog. Proximity-Effekt mittels supralei-
tender Al-Elektroden induziert). Diese Materialabhängigkeit spiegelt die unter-
schiedliche chemische Valenz des einzelnen Atoms im Kontakt wider: ein einzelnes
Atom kann maximal so viele Moden übertragen, wie es Valenzorbitale zur Verfügung
stellt. Wie viele dieser maximal möglichen Transportkanäle einen meßbaren Trans-
missionskoeffizienten haben, hängt von der lokalen Anordnung der Nachbarn des
Zentralatoms ab, die die lokale elektronische Struktur bestimmt. So wird für Al, das
aufgrund der Orbitalstruktur (1 s-Orbital und 3 p-Orbitale) bis zu vier Kanäle aus-
bilden könnte, von Cuevas et al. eine meßbare Transmission für nur drei Kanäle
berechnet, wie auch im Experiment gefunden. Eine wichtige, zur Zeit noch offene
Frage ist, warum bei verschiedenen Transmissionskoeffizienten der drei Kanäle — je