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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Neues Werkzeug für die Nanotechnologie |
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Dies konnten Forscher von der Technischen Universität (TU) Wien in Zusammenarbeit mit deutschen Wissenschaftlern nun zeigen.
Die hochgeladenen Ionen gelten laut Aussendung der TU als neues Werkzeug für die Nanotechnologie.
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Strukturen auf Oberflächen erzeugen |
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Hochgeladene Ionen sind Atome, denen ein Großteil ihrer Elektronen entzogen wurde.
Die Experimente der Forscher um Friedrich Aumayr vom Institut für Allgemeine Physik der TU Wien ergaben, dass die in ihnen gespeicherte "potenzielle Energie", die aus dem Ionisationsprozess stammt, dazu verwendet werden kann, Nanostrukturen auf Isolatoroberflächen zu erzeugen.
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Die entsprechende Studie "Creation of Nanohillocks on CaF2 Surfaces by Single Slow Highly Charged Ions" ist am 10.6.08 in der Fachzeitschrift "Physical Review Letters" erschienen (doi: 10.1103/PhysRevLett.100.237601). |
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 Abstract der Studie |
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Bekannt aus der Krebsbehandlung |
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Ionenstrahlen werden in der Medizin, Technik und Grundlagenforschung verwendet. Mit den elektrisch positiv geladenen Teilchen lassen sich Festkörperoberflächen reinigen, analysieren und bearbeiten, aber auch Masken für immer kleinere Computerchips herstellen sowie Tumore behandeln.
Im Allgemeinen werden dafür einfach positiv geladene Ionen verwendet. Deren Bewegungsenergie bestimmt allerdings sowohl die Intensität der Wechselwirkung mit den Oberflächenatomen, als auch die Eindringtiefe der Ionen.
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"Energie zwischen chemischer und nuklearer Explosion" |
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Durch Verwendung von langsamen, hoch- und vielfach positiv geladenen Ionen lassen sich diese beiden Faktoren laut Aumayr erstmals entkoppeln. Mit ihnen könne man Nanostrukturen auf Festkörperoberflächen erzeugen, gleichzeitig vermeidet man unerwünschte Strahlenschäden im Inneren des Festkörpers.
Die hochgeladenen Ionen für ihre Experimente haben die Forscher in "Ionenfallen" hergestellt. Die zu ihrer Erzeugung notwendige hohe Energie bleibt in den Ionen gespeichert und wird erst bei ihrem Auftreffen auf eine Festkörperoberfläche freigesetzt.
"Mit der Energie, die dort erzeugt wird, liegen wir zwischen einer chemischen und nuklearen Explosion", so Aumayr.
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Strukturveränderungen an der Oberfläche |
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Die Forscher konnten nun zeigen, dass diese potenzielle Energie in einem nur wenige Nanometer großen Gebiet nahe der Oberfläche des Festkörpers deponiert wird. Dies geschieht praktisch unabhängig von der kinetischen Energie der Ionen.
So kommt es zu den gewünschten Strukturveränderungen in den obersten Atomlagen, die für bestimmte Anwendungen benötigt werden.
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"Nano-Schmelze" |
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Die Aufklärung der beobachteten Strukturveränderungen erfolgte in Zusammenarbeit mit dem Institut für Theoretische Physik der TU Wien. In Simulationsrechnungen konnten die Theoretiker zeigen, dass der Eintrag an potenzieller Energie zu einem Aufschmelzen des Festkörpers und einem Phasenübergang von fest auf flüssig führt.
"Es wurde eine Nano-Schmelze erzeugt", so Aumayr: "Diese Fähigkeit der hochgeladenen Ionen, Phasenübergänge im Nanometerbereich zu bewirken, lässt viel Raum für Fantasie."
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Verschiedene Phasenübergänge möglich |
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Neben fest-flüssig sind auch für den Forscher "Übergänge zwischen kristallinen und amorphen Phasen oder nicht-magnetisch und magnetischen Phasen denkbar und natürlich für potenzielle Anwendungen in der Halbleiter- und Nanotechnologie besonders interessant".
Zurzeit wird aber noch an den Grundlagen der Wechselwirkung hochgeladener Ionen mit Oberflächen geforscht.
[science.ORF.at/APA, 26.6.08]
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01.01.2010 |
