Physik compact, Basiswissen 8, Schulbuch

109 Anwendungen 24.4 A1 Gib an, welche elektrischen Bauteile sich mit Sys- temen wie in Abb. 108.2 in kleinsten Dimensionen verwirklichen lassen! Neben Nanostrukturenwiemonomolekularen Filmen, die sich aus einer riesigen Zahl von Molekülen zusam- mensetzen, gibt es auch komplexe Nanostrukturen aus Kohlenstoff, die jeweils nur aus einem einzelnen Molekül bestehen. Derartige Objekte heißen Fulle- rene . Besondere Bekanntheit hat das C 60 -Fulleren erlangt, in dem die Kohlenstoffatome in Fünf- und Sechsecken so angeordnet sind, dass das Molekül ei- nem Fußball ähnlich sieht. Fullerene gibt es auch in der Gestalt von Nanoröhren . Ihre Form ähnelt einem Hohlzylinder mit halbkugel- förmigen Endkappen. Die Durchmesser derartiger Nanoröhren betragen in Abhängigkeit von der Art der Endkappen etwa 1 bis 1,5 nm. Nanoröhren können auch ineinander stecken und bilden dann sogenann- te Vielschicht-Nanoröhren ( multiple wall nanotube , MWNT). Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung von Nano- röhren heißt CVD (chemical vapor deposition) . Dabei wird die Oberfläche, die später die Nanoröhren tra- gen soll, mit Eisennitrat Fe(NO 3 ) 3 belegt. Beim Erhit- zen auf ca. 1000 K bilden sich dann auf der Oberflä- che Eisencluster, die in einer Azetylenatmosphäre die Ausgangspunkte für das Wachstum der Nanoröhren bilden. Anwendungen Optik Aus Galliumarsenid GaAs lassen sich Mikrolaser mit Querschnitten von einigen µm bereits in kommerziel- lem Maßstab herstellen. Heute arbeitet man schon an der Entwicklung von Nanolasern mit Durchmessern von 10 2 nm. Als laseraktives Material wird Zinkoxid ZnO epitaktisch auf einer Saphiroberfläche aufge- wachsen. Mit Hilfe von biologischen Stoffen lassen sich Photo- detektoren im 10 2 nm Bereich bauen. Zwischen zwei Metallelektroden wird die DNA-Base Deoxyguanosin in Form von Molekülsträngen aufgetragen, die Halb- leitereigenschaft haben. Werden die Moleküle mit Licht bestrahlt, senden sie Elektronen aus, die als elek- trischer Impuls gemessen werden können. Für Computer sind optische Schaltelemente auf der Basis von Nanostrukturen entwickelt worden, deren Schaltzeiten im Femtosekundenbereich weit unter den Schaltzeiten von Halbleiterbauteilen liegen. A2 Informiere dich über die Schaltzeiten von Halb- leiterbauteilen und vergleiche sie mit Schaltzeiten im fs-Bereich! 24.4 24.4.1 Abb. 109.1 links: C 60 -Fulleren; rechts: Nanoröhre Abb. 109.2 Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von ZnO-Nadeln, die als Nanolaser eingesetzt werden können. Abb. 109.3 Biomolekularer Hybrid-Photodetektor 100 nm 30 nm Au 8 nm Cr Desoxyguanosin SiO 2 Silizium Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv