Regensburg 2016 – wissenschaftliches Programm

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LT: Lehrertage

LT 1: Lehrertage I

LT 1.1: Hauptvortrag

Freitag, 11. März 2016, 09:00–10:00, H4

Das Handydisplay - ein Modell für den Vogelkompass — •John Lupton — Institut für experimentelle und angewandte Physik, Universität Regensburg, Universitätsstraße 31, 93053 Regensburg

Die Revolution im Bereich der mobilen Telekommunikation geht auch auf Entwicklungen in der Bildschirmtechnologie zurück. Besonders hervorzuheben sind hier die sogenannten organischen Leuchtdioden, oder OLEDs, deren aktive Materialien aus kohlenwasserstoffhaltigen Molekülen bestehen und mittlerweile in vielen Mobiltelefonen eingesetzt werden.

Eine OLED erzeugt Licht, indem elektrischer Strom durch sehr dünne Molekülfilme fließt und dort die räumliche Verteilung der elementaren Ladungen - der Elektronen - ändert. Wie eine zum Schwingen angeregte Gitarrensaite können diese Moleküle wieder zu ihrer Gleichgewichtsform zurückkehren, indem sie Energie in Form von Licht abstrahlen.

Die elementare Wechselwirkung von Ladungen und Licht ist für viele Aspekte des täglichen Lebens verantwortlich. So lässt sich beispielsweise die Photosynthese als Prozess auffassen, der entgegengesetzt zur OLED verläuft: Lichtenergie wird in Elektronenbewegung umgewandelt.

Elektronen haben neben der elektrischen Ladung allerdings auch magnetische Eigenschaften und können wie Kompassnadeln aufgefasst werden. So lässt sich das Zusammenspiel zwischen Elektronenbewegung und Lichtaufnahme, oder Lichtabgabe, mit magnetischen Feldern beeinflussen. Ein bekanntes Beispiel dieses Phänomens ist der in der Retina einiger Vogelarten verankerte Magnetsinn. Vögel können erstaunlich schwache Magnetfelder wahrnehmen, da die Lichtumwandlung in elektrische Nervensignale hoch empfindlich auf Magnetfelder reagiert.

Dieser grundlegende Mechanismus der Magnetrezeptorik kann nun auch direkt in der OLED beobachtet werden, und zwar in der umgekehrten Umwandlung von Ladung in Licht. Wie ein Kreisel rotiert die Kompassnadel des Elektrons im Magnetfeld. Die Ausrichtung der Kompassnadel beeinflusst den Wirkungsgrad, mit dem Strom in Licht umgewandelt wird: die Rotationsbewegung der Nadel wird direkt in den Eigenschaften der OLED sichtbar. Somit lassen sich mit einer OLED Magnetfelder weit unterhalb der Stärke des Erdmagnetfelds wahrnehmen. Die OLED repliziert den physiologischen Magnetfeldsinn und ermöglicht direkte Einblicke in die Dynamik der Elektronen, die bislang verwehrt blieben.