Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der dünnste Draht der Welt

14.01.2009
Er ist aus Gold gemacht und eine Million Mal feiner als das Haar eines Menschen: der dünnste Draht der Welt. Physiker der Universität Würzburg können ihn herstellen. Sie hoffen, dass er dank seiner verblüffenden Eigenschaften später einmal den Boden bereitet für Neuerungen in der Technik. Neues aus der Welt der Nanodrähte berichten sie im Fachblatt Physical Review Letters.

Die winzigen Drähte entstehen am Lehrstuhl von Ralph Claessen. "Wir dampfen Goldatome auf Plättchen aus Germanium auf, die einen Zentimeter lang und drei Millimeter breit sind. Das geschieht im Ultrahochvakuum bei 500 Grad Celsius", erklärt Privatdozent Jörg Schäfer im Labor.


Schön parallel verlaufen die Gold-Nanodrähte, die in der Würzburger Physik erzeugt werden. Jeder \"Hügel\" in den Reihen entspricht einem einzelnen Atom. Das Bild wurde mit einem Rastertunnelmikroskop erzeugt. Aufnahme: Lehrstuhl für Experimentelle Physik IV, Universität Würzburg

Dank eines ausgeklügelten Verfahrens können die Würzburger Physiker die Plättchen so bestücken, dass die Goldatome sich von ganz alleine zu geradlinigen, parallel verlaufenden Ketten anordnen: Fertig sind die Nanodrähte. Die liegen weit genug voneinander entfernt, um sich nicht gegenseitig zu beeinflussen - für ihre weitere Erforschung ist das wichtig.

Nanodrähte: Mögliche Anwendungen

Wozu die Drähte gut sind? "Sie bestehen aus einzelnen Atomen, und kleinere elektrische Leitungsbahnen kann man prinzipiell nicht bauen", sagt Jörg Schäfer. Darum lassen sich aus den Nanodrähten vielleicht Bauelemente realisieren, die die Miniaturisierung von Computern an die Grenze treiben. Mit ihrer Arbeit später einmal den kleinsten Quantencomputer der Welt zu demonstrieren - das ist eine Vision, die den Würzburger Physikern gefällt.

Derzeit aber benutzen sie die Nanodrähte vorrangig als atomare Spielwiese. "Wir können die Drähte an den Seiten um einzelne Goldatome erweitern. Oder gezielt Querbrücken zwischen ihnen schaffen. Und dann analysieren, wie sich dadurch die elektronischen Eigenschaften ändern", erläutert Professor Claessen.

Das nächste Ziel? Die Würzburger hoffen darauf, die elektrische Leitfähigkeit der Nanodrähte beeinflussen zu können. "Das ist mit zusätzlichen Atomen möglich. Über die Spitze eines Rastertunnelmikroskops kann man aber auch elektrische Ladung in einen Draht hineintupfen. So könnte es gelingen, ihn kontrolliert auszuschalten. Entfernt man das zusätzliche Atom oder lässt die störende Ladung abfließen, wäre der Draht wieder angeschaltet", sagt Schäfer. Falls das funktioniert? Dann wäre schon einmal eine Grundvoraussetzung gegeben, um Nanodrähte als Bauteile für Quantencomputer verwenden zu können.

Verblüffende Phänomene in Nanostrukturen

Die elektrische Schaltung der Nanodrähte kann aber auch zu neuen, eher grundlegenden Erkenntnissen führen. Denn je kleiner ein Festkörper gemacht wird, desto größer sind die Überraschungen, die er birgt. "In Nanostrukturen treten viele verblüffende Phänomene auf, die unserer Intuition als Physiker widersprechen", so Schäfer.

Woran das im Fall der Nanodrähte liegt? Die sind derart winzig, dass sich die Elektronen, die Träger der elektrischen Ladung, nur auf einem sehr eng begrenzten Pfad bewegen können - nämlich entlang der Drähte. In einem gewöhnlichen Stück Metall können die Elektronen viele verschiedene Richtungen einschlagen. Wenn aber die Elektronen auf engstem Raum eingesperrt werden, so dass sie einander nicht ausweichen können, treten ungewöhnliche Quanteneffekte auf. Davon kann vor allem die elektrische Leitfähigkeit betroffen sein.

Ein Modell für Luttinger-Flüssigkeiten?

Die Würzburger Physiker meinen, dass ihre Nanodrähte ein neuartiges Modellsystem für eindimensionale Elektronenflüssigkeiten darstellen. Konkret hoffen sie auf die Beobachtung einer so genannten Luttinger-Flüssigkeit. So bezeichnen die Physik-Theoretiker Elektronen, die sich nur in einer Dimension bewegen können - in diesem Fall in der Längsrichtung der Nanodrähte.

"Es ist aber sehr schwierig, die von den Theoretikern vorhergesagten Eigenschaften der Luttinger-Flüssigkeit mit Experimenten nachzuweisen", sagt Schäfer. "Doch wir haben jetzt erste Hinweise gefunden. Erfreulicherweise bleiben die neuartigen Nanodrähte auch bei den erforderlichen tiefen Temperaturen im leitfähigen Zustand, was die entsprechenden Messungen mit Tunnelspektroskopie erst möglich macht."

Ihre Argumente beschreiben die Würzburger detailliert in einem Beitrag für das Fachblatt Physical Review Letters. Die Herausgeber messen dem Artikel aus Würzburg eine besondere Bedeutung bei und heben ihn darum als Editors' Suggestion hervor: Das soll den Lesern signalisieren, dass der Bericht für alle Sparten der Physik von besonderem Interesse ist.

"New Model System for a One-Dimensional Electron Liquid: Self-Organized Atomic Gold Chains on Ge(001)", J. Schäfer, C. Blumenstein, S. Meyer, M. Wisniewski und R. Claessen, Phys. Rev. Lett. 101, 236802 (2008), doi 10.1103/PhysRevLett.101.236802

Robert Emmerich | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-wuerzburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Ein neues Experiment zum Verständnis der Dunklen Materie
14.06.2018 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

nachricht Quanten-Übertragung auf Knopfdruck
14.06.2018 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

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: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Im Focus: First real-time test of Li-Fi utilization for the industrial Internet of Things

The BMBF-funded OWICELLS project was successfully completed with a final presentation at the BMW plant in Munich. The presentation demonstrated a Li-Fi communication with a mobile robot, while the robot carried out usual production processes (welding, moving and testing parts) in a 5x5m² production cell. The robust, optical wireless transmission is based on spatial diversity; in other words, data is sent and received simultaneously by several LEDs and several photodiodes. The system can transmit data at more than 100 Mbit/s and five milliseconds latency.

Modern production technologies in the automobile industry must become more flexible in order to fulfil individual customer requirements.

Im Focus: ALMA entdeckt Trio von Baby-Planeten rund um neugeborenen Stern

Neuartige Technik, um die jüngsten Planeten in unserer Galaxis zu finden

Zwei unabhängige Astronomenteams haben mit ALMA überzeugende Belege dafür gefunden, dass sich drei junge Planeten im Orbit um den Säuglingsstern HD 163296...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz – Schafft der Mensch seine Arbeit ab?

15.06.2018 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Asteroidenforschung in Garching

13.06.2018 | Veranstaltungen

Meteoriteneinschläge und Spektralfarben: HITS bei Explore Science 2018

11.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

EMAG auf der AMB: Hochproduktive Lösungen für die vernetzte Automotive-Produktion

15.06.2018 | Messenachrichten

AchemAsia 2019 in Shanghai

15.06.2018 | Messenachrichten

Dem Fettfinger zu Leibe rücken: Neuer Nanolack soll Antifingerprint-Oberflächen schaffen

15.06.2018 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics