Thermosensoren überbrücken die Kluften

Die Nanotechnologien erfordern eine empfindliche Instrumentation, um sowohl die internen Temperaturströme überwachen zu können als auch eine optimale Leistung zu ermöglichen. In beiden Fällen werden oftmals Tunnelübergänge genutzt. Neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Tunnelübergänge können nun weitaus verbesserte Eigenschaften aufweisen.

Ein Tunnelübergang ist, wie der Name schon sagt, eine Brücke, die aus zwei Elektroden besteht, welche wiederum durch einen dünnen Tunnel aus beispielsweise Magnesiumoxid oder Aluminiumoxid getrennt sind. Sie finden in einer Vielzahl von Nanotechnologien Anwendung, von Sensoren über biomedizinische Instrumente bis hin zu Computer-Festplatten und Schaltkreisen.

Temperaturströme innerhalb von Nanostrukturen sind für eine akkurate Erkennung durch Standardsensoren oftmals zu klein. Die Angelegenheit wird kompliziert, wenn solche Strukturen komplex sind und bestimmte Temperaturvorgaben erfordern. Deshalb entwickelte ein finnisches Nanotechnologie-Unternehmen eine Methode zur Temperaturmessung mithilfe von Tunnelübergängen.

Durch lithographische Fertigung kann ein Tunnelübergang in winzigen Proportionen gebaut werden und am temperaturabhängigen Tunnelwiderstand von Metall-Isolator-Metall-Tunnelübergängen gearbeitet werden. Darüber hinaus können winzige Ströme der Temperatur erkannt werden, mit einer unterschiedlichen Skala von etwa -200 Grad Celsius bis +200 Grad Celsius.

Ein typischer Übergang hat eine Größe von rund einhundert Quadratnanometern und verfügt über einen individuell zugeschnittenen Impedanzfaktor, der ebenso hoch wie der MOhm-Grad gestaltet werden kann, der zu extrem niedrigen Anregungsenergien führt. Die einzige Beschränkung solcher Sensoren liegt in der Begrenzung der Lithographie selbst. Die Fertigung dieser Tunnel erfolgte durch Elektronenstrahl-Lithographie, und diese können entweder in ein- oder in zweidimensionalen Anordnungen eingerichtet werden, die in der Lage sind, Temperaturanstiege oder -verteilungen auf Submikronen-Ebene zu erkennen.

Diese Tunnelübergangssensoren verfügen über eine Vielzahl von Anwendungen und können zur Nutzung in den Umweltwissenschaften mit optischen Sensoren weiter kombiniert werden. Die Entwickler suchen zur Weiterentwicklung und Integration momentan nach Partnern sowohl im Bereich der Umweltwissenschaften als auch der Biotechnologie.