Prof. Dr. rer. nat Dr. h. c. mult. Klaus
von Klitzing, seit 1985 Direktor am Max-Planck-Institut für
Festkörperforschung und Honorarprofessor an der Universität
Stuttgart in der Fakultät für Mathematik und Physik, feierte
am 28. Juni 2003 seinen 60. Geburtstag. Aus diesem Anlass
fand in Stuttgart vom 2. bis 5. Juli ein internationales
Symposium "Quantum Hall Effekt: Past, Present and Future"
statt. Klaus von Klitzing war 1985 für die Entdeckung des
Quanten-Hall-Effekts der Nobelpreis verliehen worden. Erste
Messresultate, die bereits Stufen im Hall-Widerstand
zeigten, hatte er bereits 1978 erzielt. Bei einer
Wiederholung der Experimente im Hochfeldmagnetlabor in
Grenoble 1980 traten die Plateaus in der
Magnetfeldabhängigkeit des Hall-Widerstandes erneut und
überraschend mit so hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit
auf; von Klitzing entdeckte, dass es sich um ein
Quantenphänomen handelte mit charakteristischen
Widerstandswerten bei einem Vielfachen des Verhältnisses aus
der Planckschen Konstante h und dem Quadrat der
Elementarladung R = n RK mit RK= h/e2. Die fundamentale
Bedeutung des Widerstandes RK führte dazu, dass ab dem 1.
Januar 1990 die Naturkonstante (von Klitzing Konstante)
RK-90 = 25812,807 Ohm international festgelegt wurde. Die
experimentell höchst schwierigen Messungen zum
Quanten-Hall-Effekt wurden zuerst an MOSFET
Transistorbauelementen bei hohen Magnetfeldern bis zu 14
Tesla (140 000 Gauß) und Temperaturen von 4 Kelvin (minus
269° Celsius) durchgeführt. Im Hall-Effekt, der bereits im
Jahr 1798 entdeckt worden war, tritt senkrecht zur
elektrischen Stromrichtung in der Probe und senkrecht zum
Magnetfeld eine Spannung, die Hall-Spannung, auf. Im
Normalfall ist die Hall-Spannung stromproportional und
steigt linear mit dem angelegten Magnetfeld. Beim
Quanten-Hall-Effekt treten dagegen Stufen und
Spannungsplateaus auf. Bei zweidimensionalen
Leitungssystemen, wie dem Feldeffekttransistor und tiefen
Temperaturen, führt die "Quantelung" der Elektronen im
Magnetfeld zu diskreten Energiestufen als Ursache für das
Auftreten von Hall-Spannungs-
beziehungweise-Widerstandsstufen.Wiederholte Messungen
zeigten Unabhängigkeit vom Halbleiter, von Verunreinigungen
und anderen Einflüssen, so dass heute der Wert des
Quanten-Hall-Widerstandes mit einer Reproduzierbarkeit
besser als 10-9 gesichert ist. Die von Klitzing Konstante
stimmt mit der bisherigen SI Widerstandsnorm innerhalb einer
relativen Unsicherheitsgrenze von 2x 10-7 überein.
Große Bedeutung für die Forschung
Die über den Widerstandsstandard hinausgehende Bedeutung
des Quanten-Hall-Effekts verdeutlichten auch die Vorträge
des Symposiums im Juli. Nach einem historischen Überblick
des Doktorvaters Gottfried Landwehr, dem früheren Direktor
des Hochfeldmagnetlabors in Grenoble, über "25 years
Quantum-Hall-Effect" berichtete Ernst O. Göbel (Präsident
der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt) in seinem
Vortrag "The von Klitzing Resistance Standard" über die
breiten Auswirkungen der Konstante RK-90 auf die Metrologie
bis zu den Möglichkeiten einer neuen Definition des
Massenstandards. Insgesamt 23 Vorträge namhafter
Wissenschaftler zeigten die Bedeutung des
Quanten-Hall-Effekts in der Grundlagen- und
Anwendungsforschung. Allein in den beiden letzten Jahren
erschienen dazu rund 1000 Publikationen.
In von Klitzings Arbeitsgruppe in Stuttgart wurden
darüber hinaus weitere wichtige Beiträge geleistet, etwa zur
Untersuchung der Randkanäle (edge channels), des
elektronischen Durchbruchs des zeitabhängigen Transports und
der Eigenschaften von so genannten "Composite Fermions".
Außerdem untersuchen die Max-Planck-Forscher
Elektron-Phonon-Wechselwirkungen in niederdimensionalen
Systemen und die ballistische Phononentransmission durch
Grenzflächen.
Enge Kooperation mit dem Physikalischen Institut
Ebenso gilt das Interesse der Herstellung und Erforschung
von Nanoröhrchen und anderen synthetischen Nanostrukturen.
Hochinteressante Ergebnisse wurden zu den Themen "Kondo-Resonanz"
und "Einzelelektronentransistor" erzielt. Bei vielen dieser
Themen fand und findet ein Austausch und eine enge
Zusammenarbeit mit dem Physikalischen Institut der
Universität Stuttgart statt, sei es durch Präparation von
Proben, gemeinsame wissenschaftliche Themen und Projekten,
wie Magnetowiderstand und Magnetotransport bei
Quantendrähten, Selbstorganisation von InP Quantenboxen,
erster InP Quantenboxlaser im roten Spektralbereich,
Messungen zu Magneto-Excitonen und Selbstorganisation auf
vorstrukturierten GaAs-Substraten für InAs-Quantenpunkte und
-drähte. Diese Kooperation führte auch zur engen
Zusammenarbeiten bei zahlreichen Promotionen.
Die Universität Stuttgart und die Fakultät für Mathematik
und Physik danken Klaus von Klitzing für die enge
Kooperation und die Unterstützung der Fakultät und wünschen
ihm, seiner Familie und seinen Mitarbeitern alles Gute für
die Zukunft.
Wolfgang Eisenmenger/ Manfred Pilkuhn
