Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Preis des Verbandes der Metall- und Elektroindustrie Baden-Württembergs verliehen

25.11.2003


Der Fortschritt in den Nanowissenschaften, einem disziplinübergreifenden hochaktuellen Forschungssektor, ermöglicht schon heute die Herstellung nanometrischer Strukturen. Sogar einzelne Atome lassen sich, zumindest im Labor, gezielt positionieren. Eine wesentliche Triebkraft der weltweit lebhaften Aktivitäten auf diesem Gebiet sind neben der wissenschaftlichen Neugier die zu erwartenden Anwendungen, speziell in der Informationstechnologie.



Als Konsequenz der extremen Miniaturisierung ergeben sich nicht selten Eigenschaftsänderungen bei den Substanzen/Materialien. Die uns vertrauten Charakteristiken makroskopischer Objekte, zum Beispiel Farbe oder elektrischer Widerstand, ändern sich, wenn dasselbe Material in nanometrischer Dimension vorliegt und damit das Oberflächen/Volumen-Verhältnis drastisch verschoben ist. So wurde beispielsweise in jüngerer Zeit gezeigt, daß Kohlenstoffnanoröhrchen phänomenale mechanische und elastische Eigenschaften haben. Ein anderes Beispiel: Wasser in Gestalt nanometrischer Tröpfchen gefriert nicht bei 0 °C, sondern bei minus 40 °C! Bereits das Mittelalter hat sich Nanoeigenschaften zunutze gemacht: die leuchtenden blauen oder roten Farben von Kirchenfenstern wurden durch Einlagerung von kleinen Gold-, Silber- oder Kupferteilchen in das Glas erzielt. Gold als Nanoteilchen mit einem Durchmesser von etwa 6 nm sieht rot aus, nicht mehr golden.

... mehr zu:
»Atom »Elektron »Goldatom »Metall


Die Miniaturisierungsmöglichkeiten haben große Bedeutung in der Halbleiter- und Computerindustrie. Größenreduktion der Strukturen bedeutet Leistungssteigerung. Wenn die Strukturgrößen allerdings bestimmte Dimensionen unterschreiten, werden die von den größeren Skalen bekannten elektrischen Eigenschaften - der jetzt nanometergroßen - Bauteile, Leiterbahnen und Kontakte fraglich. Der zunehmende Einfluß von Oberflächeneffekten in Nanostrukturen führt zum sogenannten Size-Effekt des elektrischen Widerstandes (höhere Widerstände und Wärmeentwicklung). So können sich die Ladungsträger (meistens Elektronen) in kleinen Strukturen nicht so frei bewegen wie in massiven Proben.

Daß Elektronen in Metallen nicht einfach widerstandslos vom Minus- zum Pluspol unterwegs sind (wie in den sogenannten Supraleitern), liegt daran, daß die Ladungsträger auf ihrem Weg durch die Probe bei Stößen Energie verlieren, was einen elektrischen Widerstand zur Folge hat und zur Erwärmung der Probe führt. Solche Stöße können an Verunreinigungen, Defekten und Korngrenzen stattfinden oder an den um

ihre Gleichgewichtslage schwingenden Atomen im Kristallgitter. Neben diesen konventionellen Stoßprozessen wird die Streuung der Ladungsträger an der Oberfläche mit abnehmender Dicke der Metallfilme immer einflußreicher. Dieser zusätzliche Streukanal bewirkt bei diffuser Streuung an der Oberfläche eine Widerstandserhöhung.

In seiner Dissertation hat Dr. Gerd Kästle (Abteilung Festkörperphysik der Universität Ulm) die elektrischen Transporteigenschaften, insbesondere den elektrischen Widerstand ultradünner Goldfilme untersucht, und zwar epitaktisch gewachsener, hochgeordneter einkristalliner Filme. Unter epitaktischen Filmen versteht man ganz allgemein solche, deren Atome sich auf einer bereits einkristallinen Unterlage in Reih und Glied längs der vorgegebenen Ordnung anlagern. Normale Metallbeschichtungen wie zum Beispiel Vergoldungen, Chromauflagen auf Metallen u.ä. sind demgegenüber üblicherweise polykristallin, das heißt die Beschichtung besteht aus vielen in alle Raumrichtungen orientierten Körnern.

Als Wachstumsunterlage für die Goldfilme dienten durchsichtige Saphirsubstrate (Aluminiumoxid). Unter Verwendung einer dünnen Niobschicht als Haftvermittler konnte Kästle erstmalig epitaktische Goldfilme von extrem geringer Stärke darstellen. Die dünnsten so präparierten Proben maßen 1 nm = 10-9m. Dies entspricht etwa fünf Atomdurchmessern. Gleichwohl sind die Goldfilme immer noch geordnet, glatt und elektrisch leitfähig, was auf dieser Längenskala nicht selbstverständlich ist. Mittels dieser Goldfilme war es möglich, den zunehmenden Einfluß der Oberfläche auf den elektrischen Widerstand in einem Modellsystem zu untersuchen. Aus der Temperaturabhängigkeit des Widerstandes konnte abgeleitet werden, daß in dem hier betrachteten System die diffuse Streuung von etwa 70 % der Elektronen eine oberflächeninduzierte Widerstandserhöhung gegenüber massiven Proben nach sich zieht.

Die genauere Analyse der Daten zeigte zudem, daß sich auch die thermischen Gitterschwingungen der Goldatome im Film veränderten. Während in einem massiven Goldstück fast jedes Goldatom 12 nächste Nachbarn hat, sind Goldatome auf der Oberfläche eines Goldfilms nur von höchstens 9 Nachbarn umgeben. Diese reduzierte Koordination führt dazu, daß Oberflächenatome bei einer bestimmten Temperatur stärker hin- und herschwingen können. Der dünne Goldfilm verhält sich »weicher« als massives Gold. Verstärkte diffuse Oberflächenstreuung der Elektronen ist auch ursächlich dafür, daß eine geordnete Nanomodulation der Goldfilmoberfläche Widerstandserhöhungen im Vergleich zu einer unmodulierten identischen Probe zur Folge hat.

Dr. Gerd Kästle erhält am 25.11.2003 den Preis des Verbandes der Metall- und Elektroindustrie Baden-Württembergs e.V. Dieser mit 5000 € ausgestattete in jährlichem Turnus vergebene Preis wurde für Nachwuchswissenschaftler gestiftet. Die Preisverleihung 2003 findet an der Universität Konstanz statt.

Peter Pietschmann | Universität Ulm
Weitere Informationen:
http://www.uni-ulm.de

Weitere Berichte zu: Atom Elektron Goldatom Metall

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Förderungen Preise:

nachricht EU-Förderung in Millionenhöhe für Regensburger Wissenschaftler
21.04.2017 | Universität Regensburg

nachricht Förderung Technologietransfer im technologischen Ressourcenschutz mit über 500.000 Euro
20.04.2017 | Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Förderungen Preise >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Im Focus: Tief im Inneren von M87

Die Galaxie M87 enthält ein supermassereiches Schwarzes Loch von sechs Milliarden Sonnenmassen im Zentrum. Ihr leuchtkräftiger Jet dominiert das beobachtete Spektrum über einen Frequenzbereich von 10 Größenordnungen. Aufgrund ihrer Nähe, des ausgeprägten Jets und des sehr massereichen Schwarzen Lochs stellt M87 ein ideales Laboratorium dar, um die Entstehung, Beschleunigung und Bündelung der Materie in relativistischen Jets zu erforschen. Ein Forscherteam unter der Leitung von Silke Britzen vom MPIfR Bonn liefert Hinweise für die Verbindung von Akkretionsscheibe und Jet von M87 durch turbulente Prozesse und damit neue Erkenntnisse für das Problem des Ursprungs von astrophysikalischen Jets.

Supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien sind eines der rätselhaftesten Phänomene in der modernen Astrophysik. Ihr gewaltiger...

Im Focus: Deep inside Galaxy M87

The nearby, giant radio galaxy M87 hosts a supermassive black hole (BH) and is well-known for its bright jet dominating the spectrum over ten orders of magnitude in frequency. Due to its proximity, jet prominence, and the large black hole mass, M87 is the best laboratory for investigating the formation, acceleration, and collimation of relativistic jets. A research team led by Silke Britzen from the Max Planck Institute for Radio Astronomy in Bonn, Germany, has found strong indication for turbulent processes connecting the accretion disk and the jet of that galaxy providing insights into the longstanding problem of the origin of astrophysical jets.

Supermassive black holes form some of the most enigmatic phenomena in astrophysics. Their enormous energy output is supposed to be generated by the...

Im Focus: Neu entdeckter Exoplanet könnte bester Kandidat für die Suche nach Leben sein

Supererde in bewohnbarer Zone um aktivitätsschwachen roten Zwergstern gefunden

Ein Exoplanet, der 40 Lichtjahre von der Erde entfernt einen roten Zwergstern umkreist, könnte in naher Zukunft der beste Ort sein, um außerhalb des...

Im Focus: Resistiver Schaltmechanismus aufgeklärt

Sie erlauben energiesparendes Schalten innerhalb von Nanosekunden, und die gespeicherten Informationen bleiben auf Dauer erhalten: ReRAM-Speicher gelten als Hoffnungsträger für die Datenspeicher der Zukunft.

Wie ReRAM-Zellen genau funktionieren, ist jedoch bisher nicht vollständig verstanden. Insbesondere die Details der ablaufenden chemischen Reaktionen geben den...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

Baukultur: Mehr Qualität durch Gestaltungsbeiräte

21.04.2017 | Veranstaltungen

Licht - ein Werkzeug für die Laborbranche

20.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Intelligenter Werkstattwagen unterstützt Mensch in der Produktion

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Forschungszentrum Jülich auf der Hannover Messe 2017

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten