Physik

Partikel mit Durchmessern von einigen wenigen Nanometern bieten aufgrund ihres hohen Oberflächenanteils die Gelegenheit, Eigenschaften der Materialien im Bereich zwischen Festkörper und atomaren oder molekularen Strukturen zu untersuchen. Der Schwerpunkt der Forschung der Arbeitsgruppe von Prof. Heiko Wende liegt hierbei auf den magnetischen Eigenschaften von Nanopar­tikeln aus reinen Metallen, Metall-Oxidenund ferromagnetischen Legierungen. Mit Hilfe des magnetischen Dichroismus in der Röntgenabsorption können die magnetischen Momente elementspezifisch bestimmt sowie Bahn- und Spinmoment separiert werden. Zusätzlich bietet die Röntgenabsorptions­spektroskopie dieMöglichkeit, auf Struktur und chemische Nahordnung Rückschlüsse zu ziehen. So konnte zum Beispiel in der Vergangenheit gezeigt werden, dass in Nanopartikeln aus einer Eisen-Platin (Fe-Pt)-Legierung die Verteilung der Eisen- und Platinatome im Partikel nicht homogen ist, was mit einer Reduktion der magnetischen Momente im Vergleich zum volumen­artigen Festkörper verbunden ist. Der Extremfall solcher Inhomogenitäten in binären Systemen, Kern / Hülle-Partikel, stellt ein zukünftiges interessantes Themengebiet dar: Diese Partikel bestehen aus einem Kern, der nur ein chemisches Element enthält und einer Hülle aus einem andern Element. Das schützt nicht nur den Kern vor Oxidation an Luft und anderen Alterungsprozessen, sondern kann auch zum Beispiel eine spätere Bio-Funktionalisierung für medizinische Anwendungen erleichtern.
Für die Fertigung von Halbleiterbauelementen besitzen Silizium-Nanodrähte ein enormes Potenzial. Sie könnten künftig beispielsweise eingesetzt werden, um Nanometergroße Transistoren und hocheffiziente Solarzellen zu bauen.
Oft sind die Seitenflächen dieser Nanodrähte jedoch nicht glatt, sondern zeigen ein charakteristisches Zickzackmuster (Facettierung). Es wurde lange spekuliert, ob Gold die Bildung der Facetten verursacht. „Gold wird beim Wachstum der Drähte als Katalysator eingesetzt und könnte auf die Seitenflächen der Drähte diffundieren“, beschreibt Dr. Frank-J. Meyer zu Heringdorf den Forschungsansatz. Die Vermutung konnte er nun in einem Experiment bestätigen, das er gemeinsam mit dem IBM-Forschungslabor in Yorktown Heights (USA) durchgeführt hat.
Überraschenderweise gibt es – abhängig von der Goldmenge – unterschiedliche Zickzackmuster. Den feinen Unterschieden gehen die Fachleute zurzeit weiter auf den Grund: Die Goldmenge auf den Seitenflächen der Drähte beträgt weniger als eine Lage von Atomen.
Für die Untersuchung von Silber-Nano-Inseln wurde im vergangenen Jahr ein neuartiges Interferometer aufgebaut, mit dem es möglich wurde, im Pump-Probe Experiment die Propagation von Oberflächeplasmonenwellen direkt als Funktion der Zeit, mit einer Attosekunden-Zeitdiskreti­sierung abzubilden (eine Attosekunde ist der millionste Teil eines millionsten Teils einer Millionstelsekunde).