Clusterphysik
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Clusterphysik und - chemie

ClustersandNanoparticles

"Cluster" werden die kleinsten Nanopartikel mit Durchmessern im Bereich von 1-3 Nanometern genannt. In diesem Größenbereich können sich die Eigenschaften mit jedem zusätzlichen Atom ändern. An diesem extremen Ende der Größenskala öffnet sich der Zugang zu einer neuartigen Materialwissenschaft. Allerdings ist die Erforschung dieser Nanowelt aufwändig und erfordert die Entwicklung spezieller Techniken.


Al13H

 




Ein Beispiel: Der Al13H Cluster

Ein Cluster bestehend aus 13 Aluminiumatomen und einem zusätzlichen Wasserstoffatom. Dieses Nanopartikel ist doppelt magisch: Es hat eine geschlossene elektronische (40 Valenzelektronen) und geometrische Schale (13 Atome, das H Atom ist zu klein, um einen Einfluss auszuüben). Grafik von Gotthard Seifert, TU Dresden.

 

 

 


Historischer Rückblick

Artefakte

 

 

 

Der technische Fortschritt beruht auf der Verbesserung der Fertigungsgenauigkeit, mit der Werkzeuge und Maschinen gebaut werden. Es begann vor mehr als 100 000 Jahren mit dem Faustkeil mit einer Fertigungsgenauigkeit von vielleicht 5 mm und heute erreicht die Photolithografie, mit der Computerbausteine gefertigt werden, eine Genauigkeit von 20 nm. (Bildquelle)

 

 

 

 

 

 

 

Die Highend der Nanowissenschaften: Atomgenaues Design von Clustern

Fertigungsgenauigkeit

 

Gegen Ende des Mittelalters erreichte die Fertigungsgenauigkeit mit handgeführten Werkeugen und unbewaffnetem Auge das Limit von einem Zehntel Millimeter. Mit Lichtmikroskopen und computergesteuerten Werkzeugmaschinen stieg die Genauigkeit innerhalb von 150 Jahren auf einen zehntel Mikrometer =100 nm). Dahinter beginnt die Nanowelt, die bisher nur mit höchstauflösenden Elektronemikroskopen, Lasern und Elektronenstrahlen erreichbar ist. Nanopartikel und ihre kleineren Brüder, die Cluster, sind die Bausteine dieser Welt. (Bildquelle)