530 Physik
Die Quantenmechanik wird oft als revolutionärer Bruch mit der klassischen Physik dargestellt – eine mysteriöse Theorie, die nur durch abstrakte Postulate und philosophische Interpretationen verständlich wird. Doch diese Darstellung übersieht, dass ihre mathematischen Grundlagen in der klassischen Elektrotechnik verankert sind. Ausgehend von der Telegraphengleichung, die Lord Kelvin bereits 1855 für transatlantische Kupferkabel formulierte, zeigen diese Überlegungen, wie die Quantenmechanik nicht als Bruch, sondern als logische Weiter-entwicklung bekannter Konzepte verstanden werden kann.
Die Telegraphengleichung vereint in sich bereits alle Elemente der nichtrelativistischen Quantenmechanik: Im Grenzfall verlustfreier Leitungen wird sie zur Wellengleichung, bei starker Dämpfung zur Diffusionsgleichung und mit einer rein imaginären Dämpfungskonstante – einer Wick-Rotation – zur Schrödinger-Gleichung. Die zugrundeliegende mathematische Struktur dieser Gleichung, die universelle Theorie der Eigenfunktionen und Eigenwerte, wurde bereits von Sturm und Liouville im 19. Jahrhundert ausgearbeitet. Die dabei auftretenden speziellen Funktionen, wie Hermite-, Legendre- oder Laguerre-Polynome, waren lange vor der Quanten-mechanik bekannt und wurden für klassische Anwendungen entwickelt.
Was die Schrödinger-Gleichung liefert, lässt sich statt als abstrakte Wahrscheinlichkeit pragmatisch als statische Ladungsverteilung interpretieren, hier also auf ihren didaktischen Kern reduziert, gleich ob für ein einzelnes Atom oder über das Bloch-Theorem, für ein periodisches Kristallgitter. Die vier scheinbar getrennten Begegnungen mit der Quantenmechanik im Elektrotechnik-Studium – Dotierung, Bipolartransistor, MOS-Transistor und Nanoelektronik – sind keine neuen Prinzipien, sondern Anwendungen derselben Ladungsverteilungs-Logik.
Die Quantenmechanik, die ein Elektrotechniker benötigt, ist somit keine neue Physik, sondern die konsequente Anwendung bekannter Mathematik auf atomare Dimensionen. Sie ist kein Mysterium, sondern angewandte Leitungstheorie.
Borns Wahrscheinlichkeitsinterpretation von 1926 wurde ohne Kenntnis der Detektorphysik formuliert. Moderne Silizium-Photodetektoren zeigen, was Born nicht wissen konnte: Der Messprozess ist ein kontinuierlicher, irreversibler, physikalischer Vorgang mit messbaren Zeitskalen und Mechanismen – kein instantaner Kollaps, keine Rolle für das Bewusstsein des Beobachters. Wir beschreiben diesen Prozess als TIME (Temporal Interference with Multiple Eigenstates) – x – EMIT (Electronic Materialization via Irreversible Transition): drei Phasen eines einzigen kontinuierlichen Vorgangs. Der Moment x – der entropische Punkt – liegt im Detektor. Dort öffnet sich die Entropie irreversibel. Der Heisenberg-Schnitt ist physikalisch lokalisierbar, thermodynamisch beschreibbar, messtechnisch zugänglich. Das Überlappintegral des Bandübergangs verhält sich wie ein logisches UND-Gatter: Energie, Bloch-Symmetrie und – in indirekten Halbleitern – Phonon-Taktflanke müssen gleichzeitig erfüllt sein. Experimentelle Spektroskopie bestätigt die universelle Fourier-Relation zwischen Linienbreite und Lebensdauer – eine mathematische Identität, kein Quantenmysterium.
Dies ist reine Didaktik: kein neues Postulat, kein neues Experiment, keine neue Theorie. Nur die Physik, die seit Jahrzehnten in den Lehrbüchern steht – konsequent zu Ende gedacht.
Die Heisenbergsche Unschärferelation ΔE·Δt ≥ ℏ/2 gilt gemeinhin als Inbegriff der Quantenphysik – eine abstrakte Formel mit der kaum zu erinnernden Konstante ℏ = 1,054×10⁻³⁴ J·s. Dieser didaktische Beitrag zeigt, dass die Konstante durch eine einfache Einheitentransformation in die Ingenieursprache übersetzt werden kann: Δf·Δt ≥ 80 MHz·ns – merkbar, greifbar, intuitiv.
Das Ergebnis offenbart eine tiefere Wahrheit: Die Unschärfe ist keine exklusive Eigenheit der Quantenwelt, sondern eine direkte Konsequenz der Fourier-Transformation. Küpfmüller identifizierte diese Grenze bereits 1924 – drei Jahre vor Heisenberg – in der Nachrichtentechnik. Kennard und Weyl lieferten 1927/28 die rigorose mathematische Fundierung; Shannon vervollständigte 1948 das Bild durch die Informationstheorie.
Die vorliegende Arbeit entwickelt eine didaktisch motivierte Hierarchie von Unschärfeprodukten – 80, 160 und 320 MHz·ns – als Varianten desselben Fourier-Prinzips, je nach Definition von Bandbreite und Pulsdauer. Diese Werte werden anhand realer Systeme verifiziert: von atomaren Spektrallinien über digitale Logikfamilien bis zu IBM-Quantenprozessoren (Heron, 2024).
Die zentrale Botschaft: Die Elektrotechnik war stets Quantenmechanik – sie hat es nur nicht gewusst.
Der Welle-Teilchen-Dualismus ist kein Naturgesetz – er ist ein didaktisches Artefakt. Das semiklassische Modell (klassisches elektromagnetisches Feld, quantisierte Materie) ist für die gesamte Elektrotechnik-Ausbildung nicht nur ausreichend, sondern physikalisch präziser als die übliche Dualismus-Darstellung. Das Paper beschäftigt sich ausschließlich mit masselosen Quantenobjekten – elektromagnetischer Strahlung und deren Wechselwirkung mit Materie.
Drei experimentelle Belege bilden das Fundament: Fowler (1931) zeigte, dass die Grenzfrequenz des Photoeffekts bei T > 0 K ausschmiert – die Diskretheit sitzt in der Fermi-Dirac-Statistik der Materie, nicht im Lichtfeld. H. Hübel (1987) demonstrierte diesen Zusammenhang im Schulversuch. Klaus H. Herrmann (1994) lieferte den vollständigen festkörperphysikalischen Rahmen: Der äußere Photoeffekt ist ein Drei-Stufen-Prozess aus Eindringtiefe der Strahlung, Austrittstiefe der Elektronen und Austrittsarbeit – an keiner Stelle braucht man ein Lichtteilchen.
Ein einfaches Kamera-Doppelspalt-Experiment (150 Euro, Küchentisch) illustriert die drei Phasen sauber getrennt: Emission als quantisierter Materievorgang, Propagation als klassische Maxwell-Welle, Detektion durch die Bandstruktur des Silizium-Sensors. Die Grenze des Modells liegt bei Intensitätskorrelationen zweiter Ordnung – weit jenseits aller elektrotechnischen Anwendungen.
Licht ist die Sprache der Elektronen. Die Diskretheit bei der Wechselwirkung kommt nicht aus dem Feld – sie kommt aus der Materie.
We present the development of multifunctional blue-emission organic light-emitting diodes (OLEDs) using TADF-exciplex materials. These OLEDs exhibit sensitivity to external stimuli and achieve a maximum external quantum efficiency (EQE) of 11.6% through partly liquid processing. This technique allows for large-scale production on arbitrary geometries.
The potential multifunctionality of the devices arises from their response to low external magnetic fields (up to 100 mT) with an efficiency up to 2.5% for magnetoconductance, while maximum magneto-electroluminescence effects of 4.1% were detected. We investigated novel aspects, including the utilization of two organic materials without further doping and the investigation of the impact of 2,2ʹ,2″-(1,3,5-Benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole) (TPBi) processing in liquid and vapor form. The insights gained provide a fundamental understanding regarding the applicability of exciplex (EX) materials for fully solution-processed OLEDs through a deliberate omission of doping. Our work represents a significant advancement on the path towards multifunctional OLED technology, with potential applications in cost-efficient, scalable organic full-color displays and advanced sensing system.
Sodium iron hexacyanoferrate (NaFeHCF) films were electrodeposited on Au/Cr/Si for the study of growth behavior and physical properties. The NaFeHCF films were studied by different analytical methods to prove the chemical composition, morphology and crystal structure. The grains of the film grow with a cubic structure with an average lattice parameter of 10.10 Å and the preferential growth direction along the [111] direction of the cubic cell. The films show a repeatable bipolar resistive switching behavior accompanied by high current changes (up to a factor of ~105). The different resistive states in the materials are dominated by ohmic conduction.
Development and Characterization of a Dispersion-Encoded Method for Low-Coherence Interferometry
(2022)
This Open Access book discusses an extension to low-coherence interferometry by dispersion-encoding. The approach is theoretically designed and implemented for applications such as surface profilometry, polymeric cross-linking estimation and the determination of thin-film layer thicknesses. During a characterization, it was shown that an axial measurement range of 79.91 µm with an axial resolution of 0.1 nm is achievable. Simultaneously, profiles of up to 1.5 mm in length were obtained in a scan-free manner. This marked a significant improvement in relation to the state-of-the-art in terms of dynamic range. Also, the axial and lateral measurement range were decoupled partially while functional parameters such as surface roughness were estimated. The characterization of the degree of polymeric cross-linking was performed as a function of the refractive index. It was acquired in a spatially-resolved manner with a resolution of 3.36 x 10-5. This was achieved by the development of a novel mathematical analysis approach.
