Bild: TU Wien; Nanodraht mit 2 Goldkontakten und einen lichtemittierenden Quantenpunkt (Kristall) im Zentrum des Nanodrahtes
Nanomaterialien können verschiedene Strukturen haben. Entweder erscheinen sie zweidimensional als dünne Schichten, eindimensional – etwa als Nanodrähte oder nulldimensional –als sogenannte Quantenpunkte. Jede der drei bringt ganz besondere elektrische und optische Eigenschaften mit, die für bestimmte Anwendungen vorteilhaft sein können. Nachdem Wissenschaftler jede der drei Strukturformen in den letzten drei Jahrzehnten ausgiebig untersucht haben, widmen sie sich jetzt vermehrt der Kombination der verschiedenen Formen.
Drei Länder – ein Projekt
In einem neuen Forschungsprojekt der Technischen Universität Wien, der Friedrich-Schiller-Universität Jena und der Technischen Hochschule Lausanne wollen vor allem Nachwuchswissenschaftler Quantenpunkte und Nanodrähte zusammen bringen. Die Kooperation fördert als sogenanntes D-A-CH-Projekt die Zusammenarbeit zwischen Universitäten in der Schweiz, Deutschland und Österreich. „In diesem Programm unterstützt der FWF gemeinsam mit ihren Pendants in Deutschland (DFG) und der Schweiz (SNF) unser Projekt“, erklärt Ass. Prof. Dr. Alois Lugstein vom Institut für Festkörperelektronik der Technischen Universität Wien das Konzept. „Mit einer Fördersumme von insgesamt etwa 600.000 Euro bieten wir drei vielversprechenden Doktoranden die Möglichkeit, an den drei Universitäten in einem internationalen Umfeld Grundlagenforschung zu betreiben.“
Am Institut für Festkörperelektronik wird Markus Glaser diese Position einnehmen, der bereits hier seine Diplomarbeit durchgeführt und im Herbst 2011 abgeschlossen hat. Vorgesehen sei vor allem, dass sich die Doktoranden während ihrer Forschungen austauschen und die jeweiligen Vorteile der unterschiedlichen Forschungseinrichtungen vor Ort nutzen. Mit dem Geld sollen deshalb neben den Personalkosten in erster Linie die Forschungsaufenthalte bezahlt werden.
Nano-Drähte aus Halbleitermaterialien
In allen drei Forschungseinrichtungen sollen Quantenpunkte auf unterschiedliche Art und Weise mit Halbleiter-Nanodrähten verbunden werden. Der Schwerpunkt am Institut für Festkörperelektronik liegt darin, sie in Halbleiter-Nanodrähte aus Silizium und Germanium zu integrieren, und dabei dabei die Anordnung der Quantenpunkte zu kontrollieren und diese miteinander kommunizieren zu lassen. Der Hauptfokus des Projektes liegt auf der Untersuchung der Wechselbeziehung zwischen der Struktur und der Funktionalität der verdrahteten Quantenpunkte, besonders im Hinblick auf neue elektronische und photonische Eigenschaften.
Leuchtende Ideen für neue Sensoren
Basierend auf diesen verdrahteten Quantenpunkten könnten etwa neuartige elektrischen Speicherbauteile realisiert werden. Da diese Quantenpunkte leuchten, könnten so eventuell auch nanoskalige Leuchtdioden entwickelt werden. Wenn die Lichtpunkte miteinander interagieren, könne man von Laserdioden sprechen, die etwa als optischer Sensor verwendet werden können. Dank ihrer geringen Größe könnten durch sie in der Medizin winzige Keime identifiziert werden.
Das alles sei aber noch Zukunftsmusik, so der einhellige Tenor der Projektleiter. Zuerst einmal wolle man die Möglichkeiten der Nanokombinationen ausloten, bevor man auf mögliche Anwendungen schaut.
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