Die Tieftemperaturphysik an der Humboldt-Universität zu Berlin - Vom Nernst-Effekt zum Quanten-Hall-Effekt hin zu den Topologischen Isolatoren

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 si ch 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.

Inhaltsverzeichnis:

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.