Arbeitsgruppe Dynamik mesoskopischer Systeme

Als „mesoskopisch“ werden Systeme bezeichnet, die sich zwischen dem Mikro- und dem Makrokosmos befinden. Dies kann in verschiedenen Bereichen der Physik durchaus unterschiedliche Bedeutung haben. Oft bezeichnet es Systeme, die deutlich größer sind als einzelne Atome oder Moleküle (welche einer quantenmechanischen Beschreibung bedürfen) aber viel kleiner als die Dinge unseres Alltags (die durch die Gesetze der klassischen Physik beschrieben werden können). In der Festkörperphysik sind es z.B. Systeme, deren typische Längenskalen sehr viel größer sind sowohl als die Gitterkonstante des Atomgitters als auch die Wellenlänge der Leitungselektronen, jedoch deutlich kleiner als die mittlere freie Weglänge und/oder die Kohärenzlänge der Elektronen. Dies sind typischer Weise elektronische Systeme im Nano- bis Mikrometerbereich, sogenannte Nanostrukturen.

Wir beschäftigen uns mit der Dynamik in solchen Nanostrukturen, deren Untersuchung eng verwoben ist mit den Fragen des sogenannten Quanten- oder Wellenchaos: dem Studium der Quanten- oder Wellenmechanik komplexer, klassisch chaotischer Systeme.

Mesoskopische Effekte treten jedoch nicht nur auf Mikrometerskalen auf. Ein Phänomen, das wir intensiv studieren, ist die Flussverästelung von Wellen, die durch komplexe, ungeordnete Medien propagieren. Die Wellen werden durch schwache aber korrelierte Streuung im Medium zufällig in charakteristische, verästelte Strukturen fokussiert. Diese Verästelung ist ein mesokopischer Effekt, tritt sie doch typischer Weise auf Längenskalen auf, die sehr viel länger als die Wellenlänge und auch Korrelationslänge der Fluktuationen im Medium, aber gleichzeitig sehr viel kürzer sind als die mittlere freie Weglänge der Wellen, die den Übergang zu universellem „makroskopischen“ Verhalten anzeigt. Flussverästelung ist jedoch nicht nur in der Stromdichte von Elektronen im zweidimensionalen Elektronengas von Halbleitern zu beobachten, sondern auch in der zufälligen Fokussierung von Tsunamiwellen durch Fluktuationen in der Ozeantiefe, auf Längenskalen von tausenden von Kilometern.