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

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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 Nanos ( griech. Zwerg), Nanosomie (Zwergwuchs) Nanotechnologie: Nanoteilchen, Kolloide, Cluster, Nanokomposite wiss. Disziplin seit ca. 1980 BROCKHAUS (MOC_NORD), Ausgabe 2001

3 nano in der wiss. Literatur

4 Impact wiss. Disziplinen

5 Entwicklung der letzten Jahrzehnte O..Marti, Univ.Ulm, http://wwwex.physik.uni-ulm.de/Vortraege/StudiumGenerale/Nanot_4.htm

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) http://www.aip.org/web2/aiphome/pt/vol-53/iss-1/captions/p38cap3.html

7 Miniaturisierung in der Halbleitertechnologie 2. Moore´sches Gesetz (G.Moore, 1975) J.Birnbaum, R.S.Williams in Phys.Today 53, 38(2000) http://www.aip.org/web2/aiphome/pt/vol-53/iss-1/captions/p38cap4.html

8 Wirtschaftliche Grenzen Erzielbarer Gewinn:

9 Förderung der Nanotechnologie 0 500 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) http://www.nano.gov/roco_aiche_48slides.pdf

10 Vergleich Länder Daten von NNI (National Nanotechnology Initiative, USA) http://www.nano.gov/roco_aiche_48slides.pdf

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

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

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

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

15 Physik von nano-Systemen Richard Feynman (1918-1988) 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." http://archives.caltech.edu

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: Irreversible thermod. Maschine:(R.Landauer) (R.Feynman) (Heisenberg)

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 Bloch: relativ. Teilchen: klassisches Teilchen: de Broglie: 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 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 Neél-Temperatur [K] mit periodischen Randbedingungen

26 Beispiel Oligomere Ladder-oligo-para-phenylens: LOPP 4 -Schwingung 1532.59cm -1 Raman Spektrum

27 Size Effekt ohne periodische Randbedingungen n-LOPP

28 Pioniere der Nanotechnologie Richard E. SmalleyK. Eric Drexler

29 Methoden der Charakterisierung in der Nanotechnologie O.Marti, Univ.Ulm, http://wwwex.physik.uni-ulm.de/Vortraege/StudiumGenerale/Nanot_9.htm

30 Nano-Mechanik http://www.imm.org

31 Molecular dynamics Simulation Quelle: Nasa, http://people.nas.nasa.gov/~globus/papers/MGMS_EC1/simulation/paper.html

32 Seminarüberblick


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