Nanophysik und Nanotechnologie

Physik und Technologie auf der Ebene nanoskalierter Systeme haben mit Beginn des neuen Jahrtausends zentrale Bedeutung sowohl für zukunftsorientierte Technologien als auch für die Grundlagenforschung in den exakten Naturwissenschaften erlangt. Auf einer G

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REPORT


Nanophysik und Nanotechnologie

Angewandte Physik Herausgegeben von Prof. Dr. A. Schlachetzki, Braunschweig Prof. Dr. M. J. Schulz, Erlangen

Horst-Gunter Rubahn

Nanophysik und Nanotechnologie 2., Oberarbeitete Auflage

Teubner

B. G. Teubner Stuttgart· Leipzig' Wiesbaden

Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliographie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet Ober abrufbar.

Prof. Dr. rer. Nat. Horst-GOnter Rubahn 1959 in Flensburg geboren. Physikstudium an der Georg-August-Universitat Gbttingen. 1988 Promotion. Von 1989 bis 1991 Postdoc an der Stanford University, Kalifornien, USA und an der Universitat Kaiserslautern. Danach wissenschaftlicher Mitarbeiter am Max-Planck-Institut fOr Str6mungsforschung, G6ttingen. 1998 Habilitation an der Georg-August-Universitat G6ttingen. 1999 Gastdozent an der Universitat Toulouse, Frankreich. Seit 1999 Associate Professor im Physikalischen Institut der University of Southern Denmark.

1. Auflage 2002 2., Oberarbeitete Auflage Mai 2004

Aile Rechte vorbehalten © B. G. Teubner Verlag / GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2004 Der B. G. Teubner Verlag ist ein Unternehmen von Springer Science+Business Media. www.teubner.de Das Werk einschlieBlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschOtzt. Jede Verwertung auBerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzulassig und strafbar. Das gilt insbesondere fOr Vervielfaltigungen, Obersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden dOrften. Umschlaggestaltung: Ulrike Weigel, www.CorporateDesignGroup.de Gedruckt auf saurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier. ISBN-13: 978-3-519-10331-8 001: 10.1007/978-3-322-80133-3

e-ISBN-13: 978-3-322-80133-3

Inhalt

Vorwort

7

1

Mesoskopische und mikroskopische Physik

8

2

Vom Atom zum Festkorper

12

2.1

Morphologie

12

2.2

Elektronische Struktur und optische Eigenschaften

13

3

Erzeugung und Manipulation von N anostrukturen

18

3.1

18 18

3.1.2 3.1.3

Top-down-Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . Nanostrukturen via Photonen und Lithographie N anoimprint-Techniken . . . . . . . . . . . Nanostrukturen via Rasterprobe-Methoden

3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3

Bottom-up-Methoden .. Epitaktisches Wachstum . Selbstorganisation . . . . Deposition vorselektierter Cluster-Materie .

28 29 31

4

Charakterisierung von N anostrukturen

40

4.1 4.1.1

Optische Mikroskopie . . . . . . . Einfache Lichtmikroskope . . . . . Hell- und Dunkelfeld-Mikroskopie Fluoreszenz- und Phasenkontrast-Mikroskopie Konfokale Mikroskopie. . . . . Brewster-Winkel Mikroskopie .

40 40

4.2.2 4.2.3 4.2.4

Rastermikroskopien . . Elektr