Nanotechnologie am FB Physik der Universität Hamburg
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- Falko Krause
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1 Nanotechnologie am FB Physik der Universität Hamburg Prof. Dr. Roland Wiesendanger Geschäftsführender Direktor Institut für Angewandte Physik Zentrum für Mikrostrukturforschung
2 Nanotechnologie in der Physik Wissenschaftlich-technischer Fortschritt durch Miniaturisierung: Makrophysik Mikrophysik Nanophysik Verbesserte Funktionalitäten durch Nanostrukturen: prinzipiell neuartiges Verhalten durch quantenmechanische Effekte (Quantisierung der Energieniveaus, Tunneleffekte, Einzel- Elektronen-Effekte) Selbstorganisationsphänomene Möglichkeit des gezielten Aufbaus von Nanostrukturen aus einzelnen Atomen und Molekülen There s plenty of room at the bottom Richard P. Feynmann (1959)
3 Zentrum für Festkörper- und Nanostrukturphysik Forschungsschwerpunkt und -gruppen Institut für Angewandte Physik + I. Institut für theoretische Physik + Zentrum für Mikrostrukturforschung Zentrum für Festkörper- und Nanostrukturphysik Forschungsthemen: Präparation und Analyse von nanostrukturierten Systemen Elektronische und magnetische Eigenschaften von Nanostrukturen Theoretisches Verständnis von Effekten in Nanostrukturen Weiterentwicklung von analytischen Verfahren (u.a. bei tiefen Temperaturen / hohen Magnetfeldern / im Ultrahochvakuum) Neue Bauelemente der Magnetoelektronik / Spintronik FG in der Nanostrukturphysik Experimentell: Theoretisch: Prof. Hansen Jun-Prof. Heinze Prof. Heitmann Prof. Lichtenstein Prof. Kötzler Prof. Pfannkuche Prof. Merkt Prof. Oepen Prof. Wiesendanger
4 Zentrum für Festkörper- und Nanostrukturphysik Reinraum mit 100 m 2 Laborfläche Herausragende Ausstattung Hochleistungsrechner HAEGAR Laborräume mit separaten Fundamenten zur Entkopplung von Schwingungen.
5 Untergruppe Nanomagnetismus Andre Kubetzka, Oswald Pietzsch und Mathias Bode am Rastertunnelmikroskop
6 250mK / 14T STM System in UHV
7 Reinraum Der Reinraum ist ausgestattet mit modernsten Prozess- und Analysemethoden zur Herstellung kleinster Strukturen. Luftaufbereitung Laborebene Absaugen der Luft und Rückführung in die oberste Ebene Holographische Lithographie Rasterelektronenmikroskop mit Elektronenstrahl-Lithographie PECVD-Anlage zum Wachstum dünner Schichten
8 FG Rastersondenmethoden - Prof. Dr. Wiesendanger - Forschungsgebiet: Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Struktur und physikalischen Eigenschaften von Nanostrukturen mit diversen Methoden der Rastersondenmikroskopie Grundprinzip der Rastersondenmikroskopie: Zeilenweises Abtasten der Probenoberfläche mit einer Spitze Wechselwirkung zwischen Spitze und Probe liefert lokale Probeninformation Wechselwirkungen: Tunneleffekt div. Kräfte (magnetische, elektrostatische, chemische, ) Prinzip des Rastertunnelmikroskops Auflösungsvermögen bis in den atomaren Bereich. Rastersondenmikroskop Prof. Roland Wiesendanger (Tel ), wiesendanger@physnet.uni-hamburg.de Dr. Matthias Bode (Tel ), bode@physnet.uni-hamburg.de Dr. Alexander Schwarz (Tel ), schwarz@physnet.uni-hamburg.de Dr. Markus Morgenstern (Tel. 3282), morgenstern@physnet.uni-hamburg.de
9 FG Rastersondenmethoden - Prof. Dr. Wiesendanger - 1. Höchstauflösende Untersuchung magnetischer Nanostrukturen Methoden: Spinpolarisierte Rastertunnelmikroskopie (in dieser Arbeitsgruppe weltweit erstmalig realisiert) Nutzung des Elektronenspins für magnetische Messungen Magnetkraftmikroskopie Mögliche Anwendungen: Magnetische Datenspeicher mit höchster Datendichte (Tbit / inch 2 ) 2. Elektronische Eigenschaften von halbleitenden Nanostrukturen 3. Elektronische und magnetische Eigenschaften von Molekülen Eisen-Nanostreifen: Topographie und magnetisches Signal Exemplarische Themen: Einfluss der Struktur auf die Elektronenzustände Einfluss von äußeren Magnetfeldern Direkte Abbildung von Elektronen- Wellenfunktionen Atomar aufgelöstes Bild einer Kohlenstoff-Nanoröhre.
10 FG Grenz- & Oberflächenphysik -Prof. Oepen- Forschungsgebiet: Herstellung und Charakterisierung von magnetischen Nanostrukturen bezüglich struktureller, morphologischer und magnetischer Eigenschaften. Zentrale Technologien: Präparation: Epitaktisches Wachstum Focused Ion Beam - Lithographie Analyse: Rasterelektronenmikroskopie mit Polarisationsanalyse (SEMPA) Magnetooptische Kerr Mikroskopie Magnetische Suszeptibilität SEMPA - Prinzip Prof. Hans Peter Oepen (Tel ), oepen@physnet.uni-hamburg.de Dr. Sabine Pütter (Tel ), spuetter@physnet.uni-hamburg.de
11 FG Grenz- & Oberflächenphysik -Prof. Oepen- Fragestellungen: Einzelne Komponenten Px und Py kombiniert Gemessener Vektor: P Magnetische Eigenschaften dünner Filme auf mikroskopischer Skala P y Einfluss der Niederdimensionalität (2D / 1D / 0D) von Nanostrukturen auf den Magnetismus ( finite size Effekte) P x P y P x 1µm 10µm Farbkodierung Mögliche Anwendungen: SEMPA Messung auf Co(50nm)/SiO2(1200nm)/Si(111) Magnetische Sensoren Hybrid-Systeme (Halbleiter/Ferromagnet) als Basis neuartiger Elektronik-Elemente (RAM, Transistor)
12 FG Elektronische Struktur und Magnetismus - Prof. Dr. Lichtenstein - Forschungsgebiet: Untersuchung der elektronischen Struktur, der Spin- und orbitalen Ordnung von magnetischen Nanosystemen. Theoretische Suche nach optimalen Systemen mit besonderen magnetischen Eigenschaften. Aktuelle Themen: Spin-Ladung-Orbital Ordnung in stark korrelierten Nanosystemen mittels Dynamischer Mean field Theory Austausch-Wechselwirkungen in molekularen Magneten mittels Lokaler Dichte-Approximation Orbitale Kondoresonanzen von Übergangsmetall-Adsorbaten auf metallischen Oberflächen sp Prof. Lichtenstein (Tel ), alichten@physnet.uni-hamburg.de XZ Cr(001) YZ
13 FG Mikrosk.. Aspekte der Nano- und Spinelektr. Forschungsgebiet: - Juniorprof. Dr. Heinze - Theoretische Beschreibung der elektronischen, strukturellen, und magnetischen Eigenschaften nanostrukturierter Festkörper, für Anwendungen als nano- oder spinelektronische Bauelemente. Aktuelle Themen: Magnetismus in reduzierten Dimensionen, z.b. Oberflächen, dünne Filme, Schichtsysteme, atomare Ketten, Adsorbate. Theorie der Rastertunnelmikroskopie und die Anwendung zur Interpretation und Vorhersage von Messungen. Transporteigenschaften von nanoelektronischen Bauelementen (z.b. Ballistischer Transport in Kohlenstoffnanoröhrchen) Spitze eines Rastertunnelmikroskops über einer antiferromagnetischen Oberfläche Mögliche Anwendungen: Transistor auf Basis einer Kohlenstoff- Nanoröhre: Blick durch eine Kohlenstoff-Nanoröhre Dr. Stephan Heinze (Tel ), heinze@physnet.uni-hamburg.de Transistor mit Stromfluss durch Kohlenstoff-Nanoröhre
14 FG Halbleiterphysik - Prof. Heitmann - Forschungsgebiet: Herstellung und Analyse von nanostrukturierten Halbleitern, Ferromagneten und Metallen Zentrale Technologien: Präparation: Analyse: Molekularstrahlepitaxie holographische und Elektronenstrahllithographie diverse spektroskopische Methoden (Ferninfrarot-, Raman-, Photolumineszenz,...) elektrischer Transport SQUID- und Cantilever - Magnetometrie Array von Quantendots Quantendrähte Prof. Detlef Heitmann (Tel ), heitmann@physnet.uni-hamburg.de Dr. Dirk Grundler (Tel ), grundler@physnet.uni-hamburg.de Dr. Can-Ming Hu (Tel ), hu@physnet.uni-hamburg.de Dr. Christian Schüller (Tel ), schueller@physnet.uni-hamburg.de
15 FG Halbleiterphysik - Prof. Heitmann - Fragestellung: Auswirkung der weiteren Verkleinerung von elektronischen / magnetischen Bauelementen: Quantisierung der Energieniveaus Effekte einzelner Elektronen Vielteilchen-Wechselwirkung Beisp.: Quantum Well Heterostruktur aus den Halbleitern GaAs und AlGaAs Ausbildung eines zweidimensionalen Elektronengases mit quantisierten Energiezuständen. Anwendungen: High Electron Mobility Transistor (HEMT) Hochfrequenztransistor, der bereits in der Kommunikationstechnologie verbreitet ist. Laserdioden
16 Forschungsgebiet: FG Wachstum - Prof. Hansen - Herstellung und Untersuchung von Halbleiter-Nanostrukturen, deren elektronische und optische Eigenschaften wesentlich von Quanteneffekten bestimmt werden. Zentrale Technologien: Ansicht der MBE-Anlage Präparation: Analyse: Molekularstrahlepitaxie (MBE) Lithographie Zeitaufgelöste Kapazitätsspektroskopie Magnetotransportmessungen bei Millikelvintemperaturen Molekularstrahlepitaxie: Atomlagen-genaues Wachstum mit perfekter Grenzfläche Prof. Wolfgang Hansen (Tel ), hansen@physnet.uni-hamburg.de Dr. Christian Heyn (Tel ), heyn@physnet.uni-hamburg.de
17 InAs Quantenpunkte und Ringe FG Wachstum Fragestellungen: Selbstorganisationsphänomene Elektronische Eigenschaften künstlicher Atome und Moleküle Anwendungen: Einzelphotonen-Emitter Quanten-Computer - Prof. Hansen - Nichtplanare Elektronensysteme Fragestellungen: Einfluss der Nichtplanarität auf den elektronischen Transport Effekte des Magnetfeldes Mögliche Anwendungen: Kombination Mechanik und Elektronik (Mechatronics) für Sensoren, Aktuatoren und neuartige optische Resonatoren Nanoröllchen mit elektrischen Kontakten Nanoröllchen für Ringresonatoren
18 FG Quantentheorie der kondensierten Materie - Prof. Dr. Pfannkuche - Forschungsgebiet: Elektronische Struktur und elektronische Transporteigenschaften von niedrigdimensionalen nanostrukturierten Festkörpern. Aktuelle Themen: Einfluss starker magnetischer Felder auf die elektronischen Eigenschaften von 2D- Nanostrukturen (fraktionaler Quanten-Hall-Effekt) Elektronische Eigenschaften von Quantenpunkten, -drähten, -ringen. normale Verteilung Verschiebung der Ladungsverteilung in einem Nanokristall aufgrund des elektrischen Feldes einer STM-Spitze. Prof. Daniela Pfannkuche (Tel ), dpfannku@physnet.uni-hamburg.de
19 Studium mit Fokus: Angew. Nanostrukturphysik Der besondere Reiz : Forschungsgebiet mit Wachstumspotential Forschungsthemen mit Anwendungsnähe (enge Kontakte zur Industrie) Exzellente experimentelle Ausstattung (z.t. weltweit einmalig) Sehr gute Möglichkeiten zur Promotion (Sonderforschungsbereich, 3 Graduiertenkollegs u. a.) Exzellente Betreuung Wichtige Lehrveranstaltungen mit Nanotechnologie-Bezug: GrK Einführung in die Nanowissenschaft und Nanotechnologie GrK Einführung in die Rastersondenmikroskopie GrK Elektronenmikroskopie GrK Nanostrukturierte Halbleitersysteme GrK Physik der Mikro- und Nanostrukturen Proseminar über Rastersensormethoden Seminar über Nahfeldgrenzflächenphysik und Nanotechnologie Seminar über aktuelle Probleme der Rastersensorphysik
20 Kommende Veranstaltungen Weitere Informationen zu beiden Veranstaltungen
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