Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Nanosäulen wachsen

16.03.2009
Winzige Strukturen in der Nanowelt können bekannten Materialien ganz neue Eigenschaften verleihen. Im Rahmen einer Promotion am Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ) und der Humboldt-Universität wurden Nanosäulen aus Silizium und Germanium gezüchtet und untersucht. Die Ergebnisse bereiten den Weg zu neuen Anwendungen vor.

Meistens ist es am IKZ ein Erfolg, einen besonders großen Kristall zu züchten. Die Gruppe von Dr. Torsten Boeck arbeitet gerade am Gegenteil: Sie züchtet Nanosäulen. In der Welt der Nanostrukturen gelten andere Prinzipien als in der Makrophysik, daher lässt sich Material mit ganz neuen Eigenschaften entwickeln. Die Wissenschaftler hoffen, dass diese Strukturen ganz neue Technologien ermöglichen.

Zum Beispiel Silizium: Für neunzig Prozent der Elektronikbauteile wird Silizium verwendet, es wird in großen Mengen produziert und ist daher relativ günstig. Prof. Hans Lüth vom Forschungszentrum Jülich, einer der führenden deutschen Experten auf dem Gebiet der Nanostrukturen, erläutert: "Nur für die Optoelektronik ist Silizium nicht geeignet, da es nicht leuchten kann. Dies könnte sich mit Nanosäulen aus Silizium anders verhalten, was eine Revolution für die Optoelektronik bedeuten würde." Auch für elektronische Bauelemente von morgen oder Solarzellen könnten kristalline Nanosäulen von großer Bedeutung sein.

Bis dahin ist jedoch noch einiges zu tun: Zunächst muss eine Technologie entwickelt werden, um solche Nanosäulen herzustellen. Es fehlt bisher auch das grundlegende Verständnis der Oberflächenphysik, wenn nur wenige Atome vorhanden sind, denn die Gesetze der Makrophysik lassen sich nicht einfach übertragen. Und schließlich müssen für eine Anwendung funktionierende Bauelemente hergestellt und integriert werden.

Der ersten Aufgabe widmete sich Andrea Kramer in ihrer Doktorarbeit am IKZ. Sie hat Nanosäulen aus Silizium und Germanium gezüchtet. Drei Dinge musste sie bei dem Wachstumsprozess unter Kontrolle bringen: Neben der winzigen Größe musste sie die Wachstumsrichtung und die Position beeinflussen. Insbesondere im Hinblick auf zukünftige Bauelemente dürfen die Säulen nicht ungeordnet auf dem Trägermaterial stehen, sondern sollen gitterartig angeordnet sein. Außerdem sollen sie senkrecht aus dem Material herausstehen und nicht schräg wachsen.

Um die Säulen zu positionieren, hat Andrea Kramer zunächst mit einem fokussierten Ionenstrahl winzige Vertiefungen in den Träger eingebracht. Aus diesen Poren sollten dann später die Nanosäulen wachsen. Anschließend hat sie Gold so auf das Substrat verdampft, dass sich in jeder Vertiefung ein winziges Goldtröpfchen sammelte. In diesen Goldtröpfchen entstehen die Wachstumskeime. Durch Verdampfen des zu züchtenden Materials, in diesem Falle Silizium oder Germanium, und Erhitzen des Substrates diffundieren die Si- bzw. Ge-Atome auf der Oberfläche und sammeln sich in den Goldtröpfchen. Die Goldtröpfchen nehmen das Material so lange auf, bis sie übersättigt sind. Von da an kristallisiert das überzählige Material auf dem Siliziumsubstrat aus - die Säule beginnt zu wachsen. Die wachsende kristalline Struktur passt sich dabei der Struktur des Substrats an, ein solches Kristallwachstum heißt epitaktisches Wachstum.

Nicht nur die Positionierung hat Andrea Kramer in den Griff bekommen, sondern auch die Wachstumsrichtung: "Ich habe festgestellt, dass die Nanosäulen bei einer hohen Temperatur und bei einer hohen Übersättigung senkrecht zum Substrat wachsen. Bei geringeren Temperaturen wachsen sie schräg."

Für Nanosäulen gibt es viele weitere Anwendungsmöglichkeiten. Neben der Elektronik können sie Grundlage sein für Biosensoren auf molekularer Ebene und so neue Möglichkeiten in der Medizin eröffnen.

Kontakt:
Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ)
Max-Born-Straße 2
12489 Berlin
Dr. Torsten Boeck
Tel.: (030) 6392-3051
E-Mail: boeck@ikz-berlin.de

Gesine Wiemer | idw
Weitere Informationen:
http://www.ikz-berlin.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Proteintransport - Stau in der Zelle
24.03.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

nachricht Neuartige Halbleiter-Membran-Laser
22.03.2017 | Universität Stuttgart

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: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise