Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Preis des Verbandes der Metall- und Elektroindustrie Baden-Württembergs verliehen

25.11.2003


Der Fortschritt in den Nanowissenschaften, einem disziplinübergreifenden hochaktuellen Forschungssektor, ermöglicht schon heute die Herstellung nanometrischer Strukturen. Sogar einzelne Atome lassen sich, zumindest im Labor, gezielt positionieren. Eine wesentliche Triebkraft der weltweit lebhaften Aktivitäten auf diesem Gebiet sind neben der wissenschaftlichen Neugier die zu erwartenden Anwendungen, speziell in der Informationstechnologie.



Als Konsequenz der extremen Miniaturisierung ergeben sich nicht selten Eigenschaftsänderungen bei den Substanzen/Materialien. Die uns vertrauten Charakteristiken makroskopischer Objekte, zum Beispiel Farbe oder elektrischer Widerstand, ändern sich, wenn dasselbe Material in nanometrischer Dimension vorliegt und damit das Oberflächen/Volumen-Verhältnis drastisch verschoben ist. So wurde beispielsweise in jüngerer Zeit gezeigt, daß Kohlenstoffnanoröhrchen phänomenale mechanische und elastische Eigenschaften haben. Ein anderes Beispiel: Wasser in Gestalt nanometrischer Tröpfchen gefriert nicht bei 0 °C, sondern bei minus 40 °C! Bereits das Mittelalter hat sich Nanoeigenschaften zunutze gemacht: die leuchtenden blauen oder roten Farben von Kirchenfenstern wurden durch Einlagerung von kleinen Gold-, Silber- oder Kupferteilchen in das Glas erzielt. Gold als Nanoteilchen mit einem Durchmesser von etwa 6 nm sieht rot aus, nicht mehr golden.

... mehr zu:
»Atom »Elektron »Goldatom »Metall


Die Miniaturisierungsmöglichkeiten haben große Bedeutung in der Halbleiter- und Computerindustrie. Größenreduktion der Strukturen bedeutet Leistungssteigerung. Wenn die Strukturgrößen allerdings bestimmte Dimensionen unterschreiten, werden die von den größeren Skalen bekannten elektrischen Eigenschaften - der jetzt nanometergroßen - Bauteile, Leiterbahnen und Kontakte fraglich. Der zunehmende Einfluß von Oberflächeneffekten in Nanostrukturen führt zum sogenannten Size-Effekt des elektrischen Widerstandes (höhere Widerstände und Wärmeentwicklung). So können sich die Ladungsträger (meistens Elektronen) in kleinen Strukturen nicht so frei bewegen wie in massiven Proben.

Daß Elektronen in Metallen nicht einfach widerstandslos vom Minus- zum Pluspol unterwegs sind (wie in den sogenannten Supraleitern), liegt daran, daß die Ladungsträger auf ihrem Weg durch die Probe bei Stößen Energie verlieren, was einen elektrischen Widerstand zur Folge hat und zur Erwärmung der Probe führt. Solche Stöße können an Verunreinigungen, Defekten und Korngrenzen stattfinden oder an den um

ihre Gleichgewichtslage schwingenden Atomen im Kristallgitter. Neben diesen konventionellen Stoßprozessen wird die Streuung der Ladungsträger an der Oberfläche mit abnehmender Dicke der Metallfilme immer einflußreicher. Dieser zusätzliche Streukanal bewirkt bei diffuser Streuung an der Oberfläche eine Widerstandserhöhung.

In seiner Dissertation hat Dr. Gerd Kästle (Abteilung Festkörperphysik der Universität Ulm) die elektrischen Transporteigenschaften, insbesondere den elektrischen Widerstand ultradünner Goldfilme untersucht, und zwar epitaktisch gewachsener, hochgeordneter einkristalliner Filme. Unter epitaktischen Filmen versteht man ganz allgemein solche, deren Atome sich auf einer bereits einkristallinen Unterlage in Reih und Glied längs der vorgegebenen Ordnung anlagern. Normale Metallbeschichtungen wie zum Beispiel Vergoldungen, Chromauflagen auf Metallen u.ä. sind demgegenüber üblicherweise polykristallin, das heißt die Beschichtung besteht aus vielen in alle Raumrichtungen orientierten Körnern.

Als Wachstumsunterlage für die Goldfilme dienten durchsichtige Saphirsubstrate (Aluminiumoxid). Unter Verwendung einer dünnen Niobschicht als Haftvermittler konnte Kästle erstmalig epitaktische Goldfilme von extrem geringer Stärke darstellen. Die dünnsten so präparierten Proben maßen 1 nm = 10-9m. Dies entspricht etwa fünf Atomdurchmessern. Gleichwohl sind die Goldfilme immer noch geordnet, glatt und elektrisch leitfähig, was auf dieser Längenskala nicht selbstverständlich ist. Mittels dieser Goldfilme war es möglich, den zunehmenden Einfluß der Oberfläche auf den elektrischen Widerstand in einem Modellsystem zu untersuchen. Aus der Temperaturabhängigkeit des Widerstandes konnte abgeleitet werden, daß in dem hier betrachteten System die diffuse Streuung von etwa 70 % der Elektronen eine oberflächeninduzierte Widerstandserhöhung gegenüber massiven Proben nach sich zieht.

Die genauere Analyse der Daten zeigte zudem, daß sich auch die thermischen Gitterschwingungen der Goldatome im Film veränderten. Während in einem massiven Goldstück fast jedes Goldatom 12 nächste Nachbarn hat, sind Goldatome auf der Oberfläche eines Goldfilms nur von höchstens 9 Nachbarn umgeben. Diese reduzierte Koordination führt dazu, daß Oberflächenatome bei einer bestimmten Temperatur stärker hin- und herschwingen können. Der dünne Goldfilm verhält sich »weicher« als massives Gold. Verstärkte diffuse Oberflächenstreuung der Elektronen ist auch ursächlich dafür, daß eine geordnete Nanomodulation der Goldfilmoberfläche Widerstandserhöhungen im Vergleich zu einer unmodulierten identischen Probe zur Folge hat.

Dr. Gerd Kästle erhält am 25.11.2003 den Preis des Verbandes der Metall- und Elektroindustrie Baden-Württembergs e.V. Dieser mit 5000 € ausgestattete in jährlichem Turnus vergebene Preis wurde für Nachwuchswissenschaftler gestiftet. Die Preisverleihung 2003 findet an der Universität Konstanz statt.

Peter Pietschmann | Universität Ulm
Weitere Informationen:
http://www.uni-ulm.de

Weitere Berichte zu: Atom Elektron Goldatom Metall

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Förderungen Preise:

nachricht Innovative Werkstoffe für Rotorblätter
26.03.2019 | Leibniz Universität Hannover

nachricht Haensel AMS und Universität Amsterdam starten Innovationswettbewerb für Dynamic Pricing
21.03.2019 | Haensel AMS GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Förderungen Preise >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Saxony5 und Industrie 4.0 Modellfabrik präsentieren sich auf Hannover Messe

Vom 1. bis 4. April 2019 ist die HTW Dresden mit der Industrie 4.0 Modellfabrik und dem Projekt Saxony5 auf der Hannover Messe vertreten. Am Gemeinschaftstand der sächsischen Hochschulen für angewandte Forschung (HAW) „Forschung für die Zukunft“ stellen die Dresdner Forscher aktuelle Projekte zum kollaborativen Arbeiten und deren Anwendungen in der Industrie vor.

Virtuell können die Besucher von Hannover aus auf dem Tablet ihre Züge gegen den kollaborativen Roboter YuMi, der in der Modellfabrik in Dresden steht, setzen....

Im Focus: Hochdruckwasserstrahlen zum flächigen Materialabtrag von hochfesten Werkstoffen erprobt

Beim Fräsen hochfester Werkstoffe wie Oxidkeramik oder Sondermetalle – und besonders bei der Schruppbearbeitung – verschleißen Werkzeuge schnell. Für Unternehmen ist die Bearbeitung dieser Werkstoffe deshalb mit hohen Kosten verbunden. Im Projekt »HydroMill« hat das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen mit seinen Projektpartnern nun gezeigt, dass sich der Hochdruckwasserstrahl zum flächigen Materialabtrag von hochfesten Werkstoffen eignet. War der Einsatz von Wasserstrahlen bislang auf die Schneidbearbeitung beschränkt, zeigen die Projektergebnisse, wie sich hochfeste Werkstoffe kosten- und ressourcenschonender als bisher flächig abtragen lassen.

Diese neue und zur konventionellen Schruppbearbeitung alternative Anwendung der Wasserstrahlbearbeitung untersuchten die Aachener Ingenieure gemeinsam mit...

Im Focus: Die Zähmung der Lichtschraube

Wissenschaftler vom DESY und MPSD erzeugen in Festkörpern hohe-Harmonische Lichtpulse mit geregeltem Polarisationszustand, indem sie sich die Kristallsymmetrie und attosekundenschnelle Elektronendynamik zunutze machen. Die neu etablierte Technik könnte faszinierende Anwendungen in der ultraschnellen Petahertz-Elektronik und in spektroskopischen Untersuchungen neuartiger Quantenmaterialien finden.

Der nichtlineare Prozess der Erzeugung hoher Harmonischer (HHG) in Gasen ist einer der Grundsteine der Attosekundenwissenschaft (eine Attosekunde ist ein...

Im Focus: The taming of the light screw

DESY and MPSD scientists create high-order harmonics from solids with controlled polarization states, taking advantage of both crystal symmetry and attosecond electronic dynamics. The newly demonstrated technique might find intriguing applications in petahertz electronics and for spectroscopic studies of novel quantum materials.

The nonlinear process of high-order harmonic generation (HHG) in gases is one of the cornerstones of attosecond science (an attosecond is a billionth of a...

Im Focus: Magnetische Mikroboote

Nano- und Mikrotechnologie sind nicht nur für medizinische Anwendungen wie in der Wirkstofffreisetzung vielversprechende Kandidaten, sondern auch für die Entwicklung kleiner Roboter oder flexibler integrierter Sensoren. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) haben mit einer neu entwickelten Methode magnetische Mikropartikel hergestellt, die den Weg für den Bau von Mikromotoren oder die Zielführung von Medikamenten im menschlichen Körper, wie z.B. zu einem Tumor, ebnen könnten. Die Herstellung solcher Strukturen sowie deren Bewegung kann einfach durch Magnetfelder gesteuert werden und findet daher Anwendung in einer Vielzahl von Bereichen.

Die magnetischen Eigenschaften eines Materials bestimmen, wie dieses Material auf das Vorhandensein eines Magnetfeldes reagiert. Eisenoxid ist der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Größte nationale Tagung 2019 für Nuklearmedizin in Bremen

21.03.2019 | Veranstaltungen

6. Magdeburger Brand- und Explosionsschutztage vom 25. bis 26.3. 2019

21.03.2019 | Veranstaltungen

Teilchenphysik trifft Didaktik und künstliche Intelligenz in Aachen

20.03.2019 | Veranstaltungen

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

Saxony5 und Industrie 4.0 Modellfabrik präsentieren sich auf Hannover Messe

26.03.2019 | HANNOVER MESSE

Laserbearbeitung ist Kopfsache – LZH auf der Hannover Messe 2019

26.03.2019 | HANNOVER MESSE

3D-Druck im Prismaformat

26.03.2019 | Energie und Elektrotechnik

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