Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Hauchdünne Grenzgänger – Wachstum von Aluminiumoxid-Nanodrähten erstmals beobachtet

25.10.2010
Hauchdünne Nanodrähte könnten in der Elektronik, Optik und Medizintechnik in den kommenden Jahren dazu beitragen, Handys oder Computer kompakter zu machen und eine besonders hohe Bildschirm-Auflösung zu erzielen. Einem internationalen Forscherteam um die LMU-Physikerin Professor Christina Scheu ist es nun erstmals gelungen, die Entstehung von Aluminiumoxid-Nanodrähten in atomarer Auflösung und in Echtzeit zu beobachten.

Dabei stellten die Wissenschaftler fest, dass das selbstkatalytische Wachstum der Aluminiumoxid-Drähte in einem zweistufigen Prozess erfolgt, wobei der Draht entlang seiner Längsachse Lage für Lage aufgebaut wird.

Die bislang einzigartigen Aufnahmen gelangen den Forschern mithilfe eines hochauflösenden Elektronenmikroskops. „Unsere Untersuchungen sind wichtig, um das Wachstum von Nanodrähten aus verschiedenen Materialien zu verstehen und dieses anschließend bewusst steuern und verändern zu können“, erläutert Scheu, deren Forschungsarbeiten im Rahmen des Exzellenzclusters Nanosystems Initiative Munich (NIM) gefördert werden. (Science online, 21. Oktober 2010).

Hauchdünne Nanodrähte mit Durchmessern von weniger als 50 Nanometern, was Milliardstel Meter entspricht, haben das Potenzial, elektronische Geräte – etwa Handys und Computer – künftig kompakter zu machen. Ihr Wachstum kann aber nur gezielt beeinflusst werden, wenn die Forschung den zugrunde liegenden Entstehungsprozess im Detail versteht. Meist wachsen Nanodrähte in einem sogenannten Gas-Flüssigkeit-Festkörper-Prozess (Vapour-Liquid-Solid Growth oder VLS).

Dabei gelangen die zum Wachstum benötigten Atome aus der Gasphase über die flüssige Phase in einen festen Zustand, der dann den Nanodraht bildet. „Nanodrähte aus Silizium wachsen zum Beispiel, indem sich die Silizium-Atome in einem Tropfen aus flüssigem Gold lösen und dort in Richtung der Grenzfläche des Nanodrahts bewegen, an den sie sich dann anlagern“, erläutert Professor Christina Scheu von Department Chemie und vom Center for NanoScience (CeNS).

Unklar war bisher jedoch, was passiert, wenn die flüssige Phase die zum Wachstum benötigte Atomsorte nicht lösen kann. „Bei unserem System ist genau das der Fall“, berichtet Scheu, unter deren Leitung sich ein internationales Forscherteam aus Korea, Israel, den USA und Deutschland mit dieser Frage beschäftigte. „Der zum Wachstum der Aluminiumoxid-Nanodrähte verwendete flüssige Al-Tropfen kann bei hohen Temperaturen keinen Sauerstoff aufnehmen.“ Die Wissenschaftler untersuchten daher, welche Auswirkungen dies hat und führten bei 750 Grad Celsius Experimente in einem Transmissions-Elektronenmikroskop durch, das sich am Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart befindet.

Mit diesen Versuchen gelang es, die atomaren Prozesse beim Wachstum der Aluminiumoxid-Drähte zu beobachten. Dabei zeigte sich, dass das selbstkatalytische Wachstum der Nanodrähte in einem zweistufigen Prozess erfolgt. An den sogenannten Dreiphasenpunkten – oder Tripelpunkten – zwischen flüssiger Phase, Gasphase und fester Phase werden zunächst kleine Kristallfacetten gebildet und anschließend wieder aufgelöst. „Wenn die Kristallfacetten in die Länge wachsen, wird Sauerstoff frei, der entlang der Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Nanodraht eingebaut werden kann“, sagt Scheu. „Damit wächst der Nanodraht um eine Atomlage.“

Diese Vorgänge wurden in einem Echtzeit-Video festgehalten. „Ohne diese hochauflösenden Aufnahmen hätte man die atomaren Prozesse beim zweistufigen Wachstum der Aluminiumoxid-Drähte gar nicht aufklären können“, sagt Scheu. „Außerdem wäre uns wohl die zentrale Rolle der Tripelpunkte entgangen, die bisher oft als starr angesehen wurden.“ Das detaillierte Verständnis der Entstehung von Nanodrähten ist die Voraussetzung für die gezielte Manipulation ihres Wachstums. Scheu und ihr Team wollen in nachfolgenden Studien nun das Wachstum, die Struktur und Eigenschaften von Nanodrähten aus anderen Materialien aufklären.

Publikation:
„Oscillatory Mass Transport in Vapor-Liquid-Solid Growth of Sapphire Nanowires”;
Sang Ho Oh, Matthew F. Chisholm, Yaron Kauffmann, Wayne D. Kaplan,
Weidong Luo, Manfred Rühle, Christina Scheu;
Science, Band 330 no. 6003, pp. 489-493
21. Oktober 2010
DOI: 10.1126/science.1190596
Ansprechpartner:
Prof. Dr. Christina Scheu
Department Chemie & Center for NanoScience
Tel.: 089 / 2180 - 77184
E-Mail: Christina.Scheu@cup.uni-muenchen.de

Luise Dirscherl | idw
Weitere Informationen:
http://www.cup.uni-muenchen.de/pc/scheu/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Forscher studieren molekulare Konversion auf einer Zeitskala von wenigen Femtosekunden
19.10.2017 | Forschungsverbund Berlin e.V.

nachricht Gravitationswellen: Sternenglanz für Jenaer Forscher
19.10.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

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: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Aufräumen? Nicht ohne Helfer

19.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Biotinte für den Druck gewebeähnlicher Strukturen

19.10.2017 | Materialwissenschaften

Forscher studieren molekulare Konversion auf einer Zeitskala von wenigen Femtosekunden

19.10.2017 | Physik Astronomie