{"id":236370,"date":"2020-08-04T17:30:00","date_gmt":"2020-08-04T15:30:00","guid":{"rendered":"http:\/\/innovationorigins.com\/?p=236370"},"modified":"2020-08-04T17:30:00","modified_gmt":"2020-08-04T15:30:00","slug":"mit-neuem-verfahren-materialschichten-prazise-perforieren","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/mit-neuem-verfahren-materialschichten-prazise-perforieren\/","title":{"rendered":"Mit neuem Verfahren Materialschichten pr\u00e4zise perforieren"},"content":{"rendered":"\n

Wissenschaftlern der TU Wien gelang ein neues Kunstst\u00fcck: Sie entwickelten eine Methode, mit der sie bestimmte Materialschichten pr\u00e4zise perforieren und andere v\u00f6llig unangetastet lassen k\u00f6nnen. Nur Kunst? Nein: Sie k\u00f6nnte zur Produktion von Datenspeichern interessant sein.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Eigentlich klar: Man kann keine Pistolenkugel durch eine Banane schie\u00dfen, dabei die Schale durchl\u00f6chern und die Banane unbesch\u00e4digt lassen. Doch auf Ebene von ultrad\u00fcnnen atomaren Schichten ist dies nun m\u00f6glich. Das bewiesen k\u00fcrzlich Wissenschaftler der TU Wien<\/a>. Sie entwickelten eine Nano-Strukturierungs-Methode, mit der sie eine Materialschicht pr\u00e4zise perforieren und die andere Schicht, v\u00f6llig unangetastet lassen k\u00f6nnen, obwohl das \u201eProjektil\u201c alle Schichten durchdringt.<\/p>\n\n\n\n

M\u00f6glich wird das mit Hilfe hochgeladener Ionen. Mit ihnen kann man die Oberfl\u00e4chen neuartiger, ultrad\u00fcnner 2D-Materialsysteme gezielt bearbeiten. So k\u00f6nnen bestimmte Metalle, die dann als Katalysatoren dienen, auf ihnen verankert werden. \u201eWir untersuchten eine Kombination aus Graphen und Molybd\u00e4n-Disulfid,\u201c beschreibt Dr. Janine Schwestka vom Institut f\u00fcr Angewandte Physik der TU Wien und Erstautorin der aktuellen Publikation das neue Kunstst\u00fcck, \u201edie beiden Materialschichten werden in Kontakt gebracht und haften dann durch schwache van der Waals-Kr\u00e4fte aneinander.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Ultrad\u00fcnnen Schichten<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Dazu muss man wissen: Materialien, die aus mehreren ultrad\u00fcnnen Schichten zusammengesetzt sind, gelten als gro\u00dfes Hoffnungsgebiet der Materialforschung. Seit das Hochleistungsmaterial Graphen \u2212 das nur aus einer einzigen Lage von Kohlenstoffatomen besteht \u2212, erstmals hergestellt wurde, werden immer wieder neue D\u00fcnnschicht-Materialien entwickelt. Und diese haben oft vielversprechende neue Eigenschaften inne.<\/p>\n\n\n\n

Hinzu kommt: F\u00fcr bestimmte Anwendungen m\u00f6chte man die Geometrie des Materials auf einer Skala von Nanometern gezielt bearbeiten \u2013 etwa um danach durch zus\u00e4tzlich aufgebrachte Atomsorten die chemischen Eigenschaften zu ver\u00e4ndern. Oder auch um die optischen Eigenschaften der Oberfl\u00e4che zu kontrollieren. \u201eDaf\u00fcr gibt es unterschiedliche Methoden\u201c, erkl\u00e4rt Janine Schwestka, \u201eman kann die Oberfl\u00e4chen mit einem Elektronenstrahl ver\u00e4ndern oder auch mit einem herk\u00f6mmlichen Ionenstrahl. Bei einem Zweischicht-System hat man jedoch immer das Problem, dass der Strahl beide Schichten gleichzeitig ver\u00e4ndert, auch wenn man eigentlich nur eine davon bearbeiten m\u00f6chte.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Zwei Sorten Energie<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Wird eine Oberfl\u00e4che mit einem Ionenstrahl bearbeitet, ver\u00e4ndert normalerweise die Wucht des Aufpralls der Ionen das Material. An der TU Wien hingegen verwendete man relativ langsame Ionen, die daf\u00fcr aber gleich mehrfach elektrisch geladen waren. \u201eMan muss hier zwei unterschiedliche Formen von Energie unterscheiden\u201c, erkl\u00e4rt Prof. Richard Wilhelm, der \u00fcbrigens 2019 f\u00fcr den Aufbau der ersten ultraschnellen Ionenquelle der Welt mit dem START-Preis des FWF<\/a> ausgezeichnet wurde. \u201eEinerseits die kinetische Energie, die von der Geschwindigkeit abh\u00e4ngt, mit der die Ionen auf der Oberfl\u00e4che einschlagen. Andererseits aber auch die potenzielle Energie, die durch die elektrische Ladung der Ionen bestimmt wird. Bei herk\u00f6mmlichen Methoden war die kinetische Energie entscheidend, uns hingegen ist die potenzielle Energie besonders wichtig.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Der wesentliche Unterschied: W\u00e4hrend die kinetische Energie beim Durchdringen des Schichtsystems in beiden Materialschichten abgegeben wird, kann die potenzielle Energie sehr ungleich auf die Schichten verteilt werden: \u201eDas Molybd\u00e4n-Disulfid reagiert sehr stark auf die hochgeladenen Ionen\u201c, sagt Richard Wilhelm. \u201eEin einzelnes Ion, das auf dieser Schicht eintrifft, kann dutzende oder hunderte Atome aus der Schicht entfernen. Zur\u00fcck bleibt ein Loch, das man unter dem Elektronenmikroskop sehr gut sehen kann.\u201c Die Graphenschicht hingegen, auf die das Projektil unmittelbar danach trifft, bleibt unversehrt: Der Gro\u00dfteil der Potentialenergie ist dann bereits abgeben worden.<\/p>\n\n\n\n

Neue Datenspeicher denkbar<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Schwestka beschreibt auch schon m\u00f6gliche Anwendungsbereiche: \u201eGraphen ist ein sehr guter Leiter, Molybd\u00e4n-Disulfid ist ein Halbleiter, die Kombination k\u00f6nnte etwa zur Herstellung neuartiger Datenspeicher interessant sein.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Dasselbe Experiment kann man \u00fcbrigens auch umkehren, sodass das hochgeladene Ion zuerst auf das Graphen und dann erst auf die Molybd\u00e4n-Disulfid-Schicht trifft. In diesem Fall bleiben beide Schichten unversehrt: Das Graphen liefert dem Ion in winzigen Sekundenbruchteilen die n\u00f6tigen Elektronen, um es elektrisch zu neutralisieren. Die Beweglichkeit der Elektronen im Graphen ist dabei derart hoch, dass auch der Einschlagsort sofort \u201eabk\u00fchlt\u201c. Das Ion durchquert die Graphenschicht, ohne eine bleibende Spur zu hinterlassen. Danach kann es auch in der Molybd\u00e4n-Disulfid-Schicht keinen gro\u00dfen Schaden mehr anrichten.<\/p>\n\n\n\n

\u201eDas liefert uns nun eine wunderbare neue Methode, Oberfl\u00e4chen gezielt zu manipulieren\u201c, sagt Richard Wilhelm. \u201eWir k\u00f6nnen die Oberfl\u00e4che mit Nano-Poren in die Oberfl\u00e4chen versehen, ohne das Tr\u00e4germaterial darunter zu verletzen. Somit k\u00f6nnen wir geometrische Strukturen erzeugen, die bisher unm\u00f6glich waren.\u201c Man k\u00f6nnte auf diese Weise \u201eMasken\u201c aus genau nach Wunsch perforiertem Molybd\u00e4n-Disulfid herstellen, auf dem sich dann genau in den L\u00f6chern bestimmte Metallatome einlagern. F\u00fcr die Kontrolle der chemischen, elektronischen und optischen Eigenschaften der Oberfl\u00e4che ergeben sich dadurch v\u00f6llig neue M\u00f6glichkeiten.<\/p>\n\n\n\n

Die neue Methode wurde k\u00fcrzlich im Fachjournal \u201eACS Nano\u201c<\/a> publiziert.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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