Die Tieftemperaturphysik an der Humboldt-Universität zu Berlin Vom Nernst-Effekt zum Quanten-Hall-Effekt hin zu den Topologischen Isolatoren
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Rudolf Herrmann studierte an der Humboldt-Universität zu Berlin Physik und promovierte an der Staatlichen Moskauer Universität. Er war Professor für Experimentelle Physik auf den Lehrstuhl für Tieftemperaturphysik an der Humboldt-Universität zu Berlin und Gastprofessor an der Universität Paris 7 u. an der Ritsumeikan Universität in Kyoto.
Dieses Werk betrachtet die Entwicklungen der Physik der Wärme, speziell der Tieftemperaturphysik, an der Humboldt-Universität zu Berlin. Dabei bettet der Autor die physikalischen Zusammenhänge und Erkenntnisse in den zeitgeschichtlichen Hintergrund und die politischen Gegebenheiten ein.
Beginnend in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts werden die durch das Kaiserreich geförderten Entwicklungen der physikalischen und chemischen Forschung in Berlin dargestellt, in deren Rahmen Walter Nernst durch Messungen der spezifischen Wärmekapazität von Metallen bei tiefen Temperaturen die Phononen Theorie von Einstein und damit die Quantentheorie experimentell bestätigten konnte.
Es wird beschrieben, wie in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts nach dem Ende des II. Weltkrieges, 1945, die Humboldt-Universität versuchte, wieder den Anschluss für diese Wissenschaftsgebiete zu finden. Die Erfahrungen, die die Teilung Deutschlands und das Leben und die Forschung in der DDR mit sich gebracht haben, sowie die Fortschritte bei der Erzeugung von tiefen Temperaturen, und ihr Einsatz bei der Erforschung der Struktur fester Körper, für Detektoren von Radioteleskopen und die Erzeugung von Bose-Einstein-Kondensaten werden anschließend beleuchtet.
Neben der Gesamtentwicklung des Wissenschaftsgebiets legt das Werk dabei einen besonderen Fokus auf die Erforschung der Struktur fester Körper. Dazu gehören auch fortgeschrittene Themen wie der Quanten-Hall-Effekt und Supraleitung.
Da sich die Festkörper Tellur, Wismut und die Wismut-Antimon-Legierungen, deren elektronische Eigenschaften an der Humboldt-Universität bei tiefen Temperaturen gründlich untersucht worden waren, als topologische Isolatoren herausgestellt haben, wurden ihr toplogisches Verhalten in der vorliegenden, neuen Auflage den Arbeiten bei tiefen Temperaturen und dem Nernstschen Wärmesatz zur Seite gestellt. Aus der Analyse geht hervor, dass eine Reihe von Ergebnissen der Untersuchungen der elektronischen Struktur dieser Festkörper in den 1960ger und 1970ger Jahre schon topologisches Verhalten gezeigt haben. Wobei das innere Magnetfeld im Wismut, das mit dem Gantmacher-Effekt 1974 entdeckt wurde, mit großer Wahrscheinlichkeit auf der Topologie der Elektronenstruktur von Wismut beruht.
1. Die Erforschung der Kälte.- 2. Die Tieftemperaturphysik der Berliner Universität und der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt bis zum II. Weltkrieg.- 3. Oxford und Cambridge.- 4. Der Neuanfang der Physik in Berlin nach dem II. Weltkrieg.- 5. Anknüpfung an historische Wurzeln bei Max Planck und Walter Nernst.- 6. Die Tieftemperaturphysik nach 1945.- 7. Metalle und Halbleiter bei tiefen Temperaturen.- 8. Der Quanten-Hall-Effekt.- 9. Supraleitung.- 10. Die Topologie der Energiebandstruktur von Festkörpern.- 11. Die Tieftemperaturexperimente an der Humboldt-Universität aus der Sicht der topologischen Isolatoren.- 12. Tiefe Temperaturen ohne tiefsiedende Flüssigkeiten.- 13. Röntgen- und Terahertz-Detektoren.- 14. Kalte Augen, kalte Bosonen.- 15. Schlussbemerkungen.
Dieses Werk macht die Entwicklung der Tieftemperaturphysik sowie der Festkörperphysik bei tiefen Temperaturen an der Humboldt-Universität zu Berlin und der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt erlebbar und bettet diese in den zeitgeschichtlichen Hintergrund ein.
Die Erforschung tiefer Temperaturen beginnt am Anfang des 20. Jahrhundert. Dabei wurde auch der Einfluss von politischen Gegebenheiten beleuchtet, wie der durch beide Weltkriege und die Teilung Deutschlands auf die Forschung. Beispielsweise erforderte ein Embargo von Forschungseinrichtungen kreative Lösungen abzuwägen, wie die illegale Gerätebeschaffung.
Angefangen bei der experimentellen Bestätigung der Quantentheorie bis zur Supraleitung und zur Bose-Einstein-Kondensation werden auch technischen Lösungen zur Kühlung u.a. von Detektoren von Radioteleskopen dargestellt. Und es wird gezeigt, dass die Materialien, die untersucht worden waren, topologische Isolatoren sind.
Das Buch ist mit der Darstellung der Physik tiefer Temperaturen, sowie der Grundlagen der Topologie in Festkörpern und des Quanten-Hall-Effekts vielseitig einsetzbar als Einführung, als Seminarliteratur und zur Fachwissensvertiefung.
Der Autor
Rudolf Herrmann studierte an der Humboldt-Universität zu Berlin Physik und promovierte an der Staatlichen Moskauer Universität. Er arbeitete einige Zeit bei dem Nobelpreisträger Pjotr L. Kapitza. Er war Professor für Experimentelle Physik auf den Lehrstuhl für Tieftemperaturphysik an der Humboldt-Universität zu Berlin und Gastprofessor an der Universität Paris 7 u. an der Ritsumeikan Universität in Kyoto.
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Rudolf Herrmann studierte an der Humboldt-Universität zu Berlin Physik und promovierte an der Staatlichen Moskauer Universität. Er war Professor für Experimentelle Physik auf den Lehrstuhl für Tieftemperaturphysik an der Humboldt-Universität zu Berlin und Gastprofessor an der Universität Paris 7 u. an der Ritsumeikan Universität in Kyoto.