Nanostrukturierte Festkörper: ein Überblick

Präsentation zum Thema: "Nanostrukturierte Festkörper: ein Überblick"—  Präsentation transkript:

1 Nanostrukturierte Festkörper: ein Überblick
P. Knoll Inst.f.Materialphysik, Univ.Wien Inst.f.Experimentalphysik, Univ.Graz

2 Was ist „nano“ ? Vorsatzzeichen n: 10-9
BROCKHAUS (MOC_NORD), Ausgabe 2001 Vorsatzzeichen n: 10-9 Nanos ( griech. Zwerg), Nanosomie (Zwergwuchs) Nanotechnologie: Nanoteilchen, Kolloide, Cluster, Nanokomposite wiss. Disziplin seit ca. 1980

3 nano in der wiss. Literatur

4 „Impact“ wiss. Disziplinen

5 Entwicklung der letzten Jahrzehnte
O..Marti, Univ.Ulm,

6 Miniaturisierung in der Halbleitertechnologie
1. Moore´sche Gesetz (G.Moore, IEDM Tech. Dig.11, 1975) J.Birnbaum, R.S.Williams in Phys.Today 53, 38(2000)

7 Miniaturisierung in der Halbleitertechnologie
2. Moore´sches Gesetz (G.Moore, 1975) J.Birnbaum, R.S.Williams in Phys.Today 53, 38(2000)

8 Wirtschaftliche Grenzen
Erzielbarer Gewinn:

9 Förderung der Nanotechnologie
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 Forschungsausgaben [Mill.$ pro Jahr] weltweit Westeuropa Daten von NNI (National Nanotechnology Initiative, USA)

10 Vergleich Länder Daten von NNI (National Nanotechnology Initiative, USA)

11 Nano-Überblick Anwendungen Technologie Wissenschaft Physik Chemie
Biologie Grundlagen Size Effekte, Confinement, Quantum limits, Thermodynamik Charakterisierung Beugung, Spektroskopie, Mikroskopie Lithographie: optisch UV, EUV X-ray E-beam Ionen Top Down Konventionelle Elektronik Feld Emission Molekulare Elektronik Sensoren magnetische Speicher magn. Leseköpfe Quantencomputer Molekulare Maschinen Bottom Up Synthese Wachstum MBE Selbstorganisation Nanomanipulation

12 Beispiel Nanolithographie
H. Craighead, Cornell Nanofabrication Facility Ithaca, New York

13 Nanomanipulation Nanopinzette (P.Kim and Ch.Lieber, Science 286, p2148, 1999) Sharon-Ann Holgate in New Scientist Vol.164 Issue 2217 (1999) p.18 im AFM

14 Selbstorganisation Ge auf Si K.L.Wang, J.Nanosci. Nanotech.,
Vol.2, No.3/4 (2002)

15 Physik von nano-Systemen
Richard Feynman ( ) theor. Physiker, Cornell University 1959 APS Meeting: "There is plenty of room at the bottom" "I can hardly doubt that when we have some control of the arrangement of things on a small scale we will get an enormously greater range of possible properties that substances can have."

16 Grenzen konventioneller Halbleitertechnologie
K.L.Wang, J.Nanosci.Nanotech. 2002, 2, 235

17 Generelle physikalische Grenzen der Miniaturisierung
Konventionelle Informationsverarbeitung Energie pro Bitmanipulation: Unschärferelation: (Heisenberg) Irreversible thermod. Maschine: (R.Landauer) (R.Feynman)

18 Skalierung der Schaltenergie
Daten aus R.Singh et al. J.Nanosci.Nanotech. 2002, 2, 363

19 Abhängigkeit von der Taktfrequenz
Daten aus R.Singh et al. J.Nanosci.Nanotech. 2002, 2, 363

20 Problem Wärmeentwicklung

21 Zusammenfassung Limits der Miniaturisierung
Fluktuationen der Dotierung Wärmeproblem Aufwand an Verbindungen Single Electron Device Niedrige Temperaturen Reversible Maschinen Quantencomputer Zellulare Automaten

22 Physik und Längenskalen
de Broglie: klassisches Teilchen: relativ. Teilchen: Bloch: mit

23 Beispiel Heisenberg-Modell
Austauschenergie J zwischen den Gitterplätzen i, j Lösung: Bsp. Eigenwerte am periodischen ebenen Gitter eines S=1/2 Antiferromagneten

24 Lösungen des 2d-Heisenberg-Modells

25 „Size” Effekte mit periodischen Randbedingungen Neél-Temperatur [K]
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 Neél-Temperatur [K]

26 Beispiel Oligomere Ladder-oligo-para-phenylens: LOPP 4-Schwingung
cm-1 Beispiel Oligomere Ladder-oligo-para-phenylens: LOPP Raman Spektrum

27 „Size“ Effekt ohne periodische Randbedingungen n-LOPP

28 Pioniere der Nanotechnologie
K. Eric Drexler Richard E. Smalley

29 Methoden der Charakterisierung in der Nanotechnologie
O.Marti, Univ.Ulm,

30 Nano-Mechanik

31 “Molecular dynamics” Simulation
Quelle: Nasa,

32 Seminarüberblick