Physik Journal 12 / 2014

Doch zunächst zur Historie. Nicht nur Ernst Abbe, sondern auch Lord Rayleigh und C. Sparrow argumentierten, dass die Wellennatur des Lichts und die daraus resultierenden Beugungserscheinungen die Auflösung im Mikroskop beschränken und unweigerlich dazu führen, dass sich Licht nicht besser fokussieren lässt als auf ein diffuses Beugungsscheibchen mit einem lateralen Durchmesser von etwa 200 nm. Dieses „Naturgesetz“ wurde seit dem Ende des 19. Jahrhunderts jedem und jeder Studierenden der Physik beigebracht und als unumstößliche Grenze der Auflösung vermittelt. Wie so oft, wenn eine vermeintliche Tatsache nur häufig genug wiederholt wird, wird sie zum Dogma, das kaum jemand infrage stellt. Und das, obwohl alle „Zutaten“ für die Überwindung dieser Auflösungsgrenze eigentlich schon Ende der 1920er-Jahre vorhanden gewesen wären: Die Tatsache, dass Farbstoffmoleküle gegenüber ihrer Emissionswellenlänge blauverschoben absorbieren, hatte Sir Stokes im Jahr 1852 empirisch beschrieben. Richtig spannend wurde es aber mit der Quantenchemie: Niels Bohr stellte 1913 die Quantentheorie der Absorption und Emission von Licht durch Atome auf, und 1927 dehnten Born und Oppenheimer (neben anderen) diese Theorie auf Moleküle aus. 1916 postulierte Einstein die Exis­tenz der stimulierten Emission, die Kopfermann und Ladenburg 1928 experimentell verifizieren konnten. Obwohl all dies bekannt war, dauerte es 66 Jahre, bis Stefan Hell als junger Nachwuchswissenschaftler nicht von der Idee lassen wollte, dass – bei all dem, was die moderne Physik zu bieten hat – ein Beugungslimit von 1873 nicht der Weisheit letzter Schluss sein konnte. ...

Bereits in den Siebzigerjahren hatte es größere internationale Anstrengungen gegeben, GaN technologisch zu beherrschen. Damals ließen sich viele seiner grundlegenden Eigenschaften bestimmen. Zudem fand man heraus, dass sich GaN wegen seiner direk­ten Bandlücke sehr gut zur Licht­erzeugung eignen sollte. An seiner technischen Beherrschung bissen sich jedoch alle Forscher die Zähne aus – fortan sah alles danach aus, dass GaN nur eine kurze Episode in der Geschichte der Optoelektronik bleiben würde.

Die stürmische Entwicklung dieses Gebietes hatte Anfang der Sechzigerjahre eingesetzt, als es gelungen war, Galliumarsenid (GaAs) und verwandte Halbleiter erfolgreich herzustellen. Technologen und Forscher hatten gelernt, Einkristalle aus GaAs oder Indium­phosphid (InP) zu ziehen, Substrate daraus herzustellen und n- sowie p-dotierte dünne kristalline Schichten von hoher Qualität (epitaktisch) darauf abzuscheiden. Erste Leuchtdioden und Halbleiterlaser entstanden, und rasch entwickelte sich daraus die optische Nachrichtentechnik mit Datenübertragung über Glas­fasern. Im Zuge dieser Entwicklung gerieten LEDs etwas aus dem Fokus – Laser und die darin verwendeten Quantenstrukturen waren einfach mehr „sexy“. Dazu kam, dass die verfügbaren Materialien mit direkter Bandlücke nur den Spektralbereich vom nahen Infrarot bis zum Roten abdeckten. Daher war gar nicht daran zu denken, die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau mit effizienten LEDs zu erzeugen – und damit auch weißes Licht. ...

In der Natur entstehen Strukturen aufgrund von Wachstumsprozessen, die auf den verschiedensten Längen- und Zeitskalen stattfinden. Auf geologischen Zeitskalen bilden sich Gesteinsformationen oder Mineralien. In der belebten Welt spielen sich das Entstehen (und Absterben) von biologischem Gewebe sowie die Biomineralisation auf kürzeren Zeitskalen ab. Vielfach konkurrieren dabei verschiedene Prozesse wie Adsorption und Desorption mit jeweils unterschiedlicher Kinetik, sodass sich die resultierenden Strukturen oft nicht nur durch Gleichgewichts­argumente (z. B. ein Minimum der Freien Energie) erklären lassen. Wachstum findet im Nichtgleichgewicht statt, wobei die „Entfernung“ vom Gleichgewicht je nach Phänomen sehr unterschiedlich sein kann. Dies ist in der Welt der Technik mit den unzähligen Strukturen für die verschiedensten Anwendungen ähnlich. So arbeitet die Kristallzucht in der Regel vergleichsweise nah am Gleichgewicht, während Beschichtungsprozesse oder die Erzeugung komplexer Heterostrukturen oft relativ weit davon entfernt sind. Diese Prozesse mit ganz unterschiedlichen Wachstumsbedingungen sind für viele Bauelemente relevant, z. B. für Quantenpunkt- und Quantentopf-Laser in der (Opto-)Elektronik, Mehrschichtsysteme wie Bragg-Spiegel oder Chips mit verspannten SiGe-Schichten zur Erhöhung der Ladungsträger-Mobilität. Eine zunehmende Rolle spielen dünne Schichten organischer Halbleiter in LED-Beleuchtung, Display-Anwendungen sowie Solarzellen. Da hierbei meist mehrere dünne Molekülschichten aufeinander gewachsen werden, sind die Herausforderungen an das Wachstum komplex. ...

Seit dem Vorjahr ist die Zahl der Arbeitslosen im Zielberuf Physiker um 19 Prozent gestiegen. Von den Arbeitslosen sind 80 Prozent männlich und 20 Prozent weiblich. Betrachtet wird der Zeitraum von Oktober 2013 bis September 2014 bzw. für einige Analysen das Gesamtjahresmittel. Nachdem die Zahl der bei der Bundesagentur für Arbeit (BA) gemeldeten Arbeitslosen in den Jahren 2007 und 2008, also vor der Wirtschaftskrise, sehr niedrig war, liegt sie aktuell ungefähr auf dem Niveau des Jahres 2006 (Abb. 1). Bei der Analyse der angegebenen Zahlen ist zu beachten, dass die tatsächliche Zahl der arbeitslosen Physikerinnen und Physiker noch höher anzusetzen ist, da die BA nur diejenigen Personen in ihrer Statistik führt, die auch in klassische Physikberufe vermittelt werden möchten. Physikerinnen und Physiker, die beispielsweise in der IT, der Finanzbranche oder als Lehrer arbeiten, erfasst die Statistik nicht. Nur etwa ein Viertel aller Physiker arbeiten auch im Zielberuf Physiker [1]. ...