Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wenn Nanoteilchen leuchten, können Computer schneller schalten

29.10.2007
Chemnitzer Physiker treiben die Grundlagenforschung in der Nanotechnologie voran - Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert ein Projekt der Professur Optische Spektroskopie und Molekülphysik der TU Chemnitz mit 190.000 Euro

Wenn es um Millimeter geht, ist noch alles klar: In dieser Größenordnung ist weitgehend erforscht, wie sich Materialien verhalten, welche chemischen Bindungen sie eingehen, welche physikalischen Gesetze gelten. Doch dringt man in kleinere Größenordnungen vor, dann stößt man auf immer neue Probleme. "Bei Systemen in der Größe von Nanometern gelten viele Gesetzmäßigkeiten einfach nicht mehr: Die Elemente verhalten sich anders, als wir es gewöhnt sind.

Deshalb ist viel neue Grundlagenforschung nötig, um zu verstehen, was im Nanometerbereich vor sich geht", erklärt Dr. Harald Graaf, wissenschaftlicher Assistent an der Professur Optische Spektroskopie und Molekülphysik der TU Chemnitz. Dass in Zukunft kein Weg mehr an der Nanotechnologie vorbeiführen wird, da sind sich die Wissenschaftler einig - eine praktische Anwendung ist die Signalverarbeitung in logischen Strukturen. Bisher läuft sie mit elektrischen Signalen, doch hier lässt sich die Geschwindigkeit nicht mehr steigern. Damit Computerrechner trotzdem immer schneller arbeiten können, muss ein Ersatz für die elektrischen Signale her. Eine Möglichkeit: der Einsatz von Photonen. Photonen sind die Bausteine der elektromagnetischen Strahlung, die sowohl Teilchen- als auch Welleneigenschaften besitzen. Zur elektromagnetischen Strahlung gehört auch das für das menschliche Auge sichtbare Licht.

Damit diese so genannte optische Signalverarbeitung funktioniert, müssen auf den Oberflächen der Bauteile Strukturen aufgebracht werden, die Photonen aufnehmen und abgeben können. Doch welche Materialien eigenen sich dafür? Dieser Frage gehen derzeit Physiker der TU Chemnitz nach. "Präparation und Charakterisierung ein- und zweidimensionaler optisch aktiver Nanostrukturen mittels Rastersondenlithographie" heißt ihr Projekt, das die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) für eine Laufzeit von drei Jahren mit rund 190.000 Euro fördert.

Mit diesem Geld wird unter anderem ein Diplomand der Professur als wissenschaftlicher Mitarbeiter in das Projekt übernommen. Außerdem wird ein Rasterkraftmikroskop finanziert, das es ermöglicht, Oberflächen mittels Nanolithographie zu bearbeiten. Bei diesem Verfahren wird auf eine sehr glatte Oberfläche - die Chemnitzer Forscher arbeiten mit Silizium - eine dünne so genannte organische Schicht aufgebracht. Diese verhindert, dass das Silizium an der Luft mit dem Sauerstoff eine Verbindung eingeht und oxidiert. Anschließend fährt die nanometerfeine Spitze des Rasterkraftmikroskops über die Oberfläche. Wird an sie eine Spannung angelegt, so wird genau an dieser Stelle Sauerstoff durch die organische Schicht transportiert. Erreicht der Sauerstoff das darunterliegende Silizium so wird dieses zu Siliziumoxid oxidiert. An diese Siliziumoxidstrukturen auf der Oberfläche binden die Wissenschaftler in einem weiteren Schritt einen in Wasser gelösten Farbstoff - ein so genanntes optisch aktives Material. Das lässt sich, wenn es beispielsweise von Laserlicht angestrahlt wird, anregen und leuchtet nun. Dieses Leuchten kann so genau gesteuert werden, dass es als optisches Signal dienen kann.

"Wir suchen im Rahmen des Projektes zum einen geeignete Farbstoffe. Zum anderen erforschen wir die hergestellten Strukturen, zum Beispiel hinsichtlich ihrer Haltbarkeit", erklärt Graaf. "Wir planen eine Kooperation mit der Juniorprofessur Nichtklassische Synthesemethoden, weil die Forschung einige chemische Themen anschneidet. Da holen wir uns dann Experten aus dem eigenen Haus mit ins Boot."

Mit Hilfe der Nanolithographie haben die Chemnitzer Wissenschaftler im vergangenen Jahr bereits das damals kleinste Fußballfeld der Welt hergestellt - es ist so winzig, dass es etwa 1.000 Mal auf die Querschnittsfläche eines menschlichen Haares passt. "Die dabei gesammelten Erfahrungen mit dieser Technik bringen wir jetzt in das neue Projekt mit ein. Damals haben wir bereits nanometergroße Strukturen auf Oberflächen aufgebracht, diesmal binden wir an diese Strukturen noch Farbstoffe und bringen sie damit zum Leuchten", zeigt Prof. Dr. Christian von Borczyskowski, Inhaber der Professur Optische Spektroskopie und Molekülphysik, den Fortschritt der Forschung auf. "Weltweit wird an der Nanotechnologie geforscht - aber es wird sehr wenig veröffentlicht, da noch nicht immer sicher ist, dass die Ergebnisse ausreichend fundiert sind", so Dr. Harald Graaf. "Es gibt bei diesem Forschungsgebiet noch viel Ungewissheit und damit immer neue Probleme - aber das ist auch gerade die Herausforderung!" Dieser Herausforderung können sich auch die Chemnitzer Physikstudenten stellen. Sie reisen dabei nicht nur in den spannenden Nanokosmos, sondern auch in eine zukunftsweisende Arbeitswelt.

Weitere Informationen erteilt Dr. Harald Graaf, Telefon 0371 531-34807, E- Mail harald.graaf@physik.tu-chemnitz.de.

Katharina Thehos | TU Chemnitz
Weitere Informationen:
http://www.tu-chemnitz.de
http://www.tu-chemnitz.de/tu/presse/

Weitere Berichte zu: Molekülphysik Nanotechnologie Photon Spektroskopie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht MAIUS-1 – erste Experimente mit ultrakalten Atomen im All
24.01.2017 | Leibniz Universität Hannover

nachricht European XFEL: Forscher können erste Vorschläge für Experimente einreichen
24.01.2017 | European XFEL GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Scientists spin artificial silk from whey protein

X-ray study throws light on key process for production

A Swedish-German team of researchers has cleared up a key process for the artificial production of silk. With the help of the intense X-rays from DESY's...

Im Focus: Forscher spinnen künstliche Seide aus Kuhmolke

Ein schwedisch-deutsches Forscherteam hat bei DESY einen zentralen Prozess für die künstliche Produktion von Seide entschlüsselt. Mit Hilfe von intensivem Röntgenlicht konnten die Wissenschaftler beobachten, wie sich kleine Proteinstückchen – sogenannte Fibrillen – zu einem Faden verhaken. Dabei zeigte sich, dass die längsten Proteinfibrillen überraschenderweise als Ausgangsmaterial schlechter geeignet sind als Proteinfibrillen minderer Qualität. Das Team um Dr. Christofer Lendel und Dr. Fredrik Lundell von der Königlich-Technischen Hochschule (KTH) Stockholm stellt seine Ergebnisse in den „Proceedings“ der US-Akademie der Wissenschaften vor.

Seide ist ein begehrtes Material mit vielen erstaunlichen Eigenschaften: Sie ist ultraleicht, belastbarer als manches Metall und kann extrem elastisch sein....

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Neuer Algorithmus in der Künstlichen Intelligenz

24.01.2017 | Veranstaltungen

Gehirn und Immunsystem beim Schlaganfall – Neueste Erkenntnisse zur Interaktion zweier Supersysteme

24.01.2017 | Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Interview mit Harald Holzer, Geschäftsführer der vitaliberty GmbH

24.01.2017 | Unternehmensmeldung

MAIUS-1 – erste Experimente mit ultrakalten Atomen im All

24.01.2017 | Physik Astronomie

European XFEL: Forscher können erste Vorschläge für Experimente einreichen

24.01.2017 | Physik Astronomie