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2024-04-23T09:48:30Z

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Ein '''zweidimensionales [[Elektronengas]]''' (2DEG) ist das Auftreten von [[Metalle|metallischen]] [[Elektron]]en in einer [[Halbleiter]]-[[Heteroübergang|Heterostruktur]], in der sich die Elektronen effektiv nur in zwei Dimensionen bewegen können. In 2DEGs treten viele Effekte auf, die in dreidimensionalen Systemen ''nicht'' auftreten, beispielsweise der [[Quanten-Hall-Effekt]].<ref>{{Literatur |Autor=[[Chihiro Hamaguchi]] |Titel=Quantum Structures |Sammelwerk=Basic Semiconductor Physics |Verlag=Springer International Publishing |Ort=Cham |Datum=2017 |Sprache=en |ISBN=978-3-319-66859-8 |DOI=10.1007/978-3-319-66860-4_8 |Seiten=415–545 |Online=https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-66860-4_8 |Abruf=2023-01-26}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=[[Gerhard Abstreiter|G. Abstreiter]] |Titel=Physik-Nobelpreis 1998: Die Entdeckung des fraktionalen Quanten-Hall-Effekts |Sammelwerk=Physik Journal |Band=54 |Nummer=12 |Datum=1998-12 |DOI=10.1002/phbl.19980541207 |Seiten=1098–1102 |Online=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/phbl.19980541207 |Abruf=2023-01-31}}</ref>

== Erzeugung ==
2DEGs können erzeugt werden, indem zwei Halbleiter-Schichten mit deutlich unterschiedlicher [[Bandlücke]] und unterschiedlichen [[Fermi-Niveau]] aufeinander aufgebracht werden. Um die unterschiedlichen Fermi-Energien auszugleichen, fließen an der [[Grenzschicht]] einige Elektronen auf den anderen Halbleiter und erzeugen dadurch ein lokales [[elektrisches Feld]]. Hierdurch kann es im [[Leitungsband]] ein relativ scharf auf die Grenzschicht begrenztes Energie-Minimum geben. Elektronen, die sich in diesem Minimum befinden, haben nicht genügend Energie, um dasselbe zu verlassen.

Da dieses Energieminimum senkrecht zur Grenzschicht sehr eng ist, folgt aus der [[Quantenmechanik]], dass die Bewegung in dieser Richtung [[Quantisierung (Physik)|quantisiert]] ist mit einer relativ großen Energiedifferenz zwischen [[Grundzustand]] und erstem [[Angeregter Zustand|angeregtem Zustand]]. Hingegen ist die Bewegung parallel zur Ebene praktisch nicht eingeschränkt und weist deswegen eine, für Elektronengase typische, quadratische Energiedispersion auf.<ref>{{Literatur |Autor=Siegfried Hunklinger |Verlag=De Gruyter Oldenbourg |Titel=Festkörperphysik |Auflage=5., akt. |Ort=Berlin |Datum=2018 |ISBN=978-3-11-056774-8 |Seiten=367 f., 401, 465 |Online={{Google Buch|BuchID=fEpADwAAQBAJ|Seite=367|Hervorhebung="zweidimensionales Elektronengas"}}}}</ref> Solange die [[Bewegungsenergie]] unterhalb der [[Anregungsenergie]] für den ersten angeregten Zustand senkrecht zur Grenzschicht liegt, ist das Elektron daher auf nur zwei [[Freiheitsgrad]]e beschränkt.

== Nanomaterialien ==
{{Siehe auch|Nanotechnologie|Nanopartikel}}
Die Bewegungsfreiheit der Elektronen kann auch auf noch weniger Dimensionen eingeschränkt werden:<ref>{{Literatur |Autor=Floris A. Zwanenburg, Andrew S. Dzurak, Andrea Morello, Michelle Y. Simmons, Lloyd C. L. Hollenberg, Gerhard Klimeck, Sven Rogge, Susan N. Coppersmith, Mark A. Eriksson |Titel=Silicon quantum electronics |Sammelwerk=Reviews of Modern Physics |Band=85 |Nummer=3 |Datum=2013-07-10 |Sprache=en |ISSN=0034-6861 |DOI=10.1103/RevModPhys.85.961 |Seiten=961–1019 |Online=https://link.aps.org/doi/10.1103/RevModPhys.85.961 |Abruf=2023-01-26}}</ref>
* Beispielhaft für eindimensionale Materialien sind [[Quantendraht|Quantendrähte]]
* Beispielhaft für nulldimensionale Materialien sind [[Quantenpunkt]]e

== Literatur ==
{{Siehe auch|Halbleiter|Festkörperphysik}}

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=7505169-2}}

[[Kategorie:Quantenmechanik]]
[[Kategorie:Festkörperphysik]]

Zweidimensionales Elektronengas - Versionsgeschichte

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