Vorlesung Nanostrukturphysik IIa 1 – QM und Nanotechnologie Sommersemester 2016

Vorlesung
Nanostrukturphysik IIa
1 – QM und Nanotechnologie
Sommersemester 2016
PD Dr. M. Koblischka
Vorlesung IIa
# Quantenmechanik von Nanostrukturen
# Grundlage: Buch Hartmann, Band 1: Kapitel 3
Vorlesung Montag (8:30-10:00)/Dienstag (10:15-11:45)
Ort: Raum E11, Geb. E 2 6
Vorträge zum Abschluss des Semesters
Vortragsthemen ab Mitte Mai, Vorträge Juni/Juli
WICHTIG:
http://www.uni-saarland.de/fak7/hartmann/de/teaching/lectures.htm
enthält alle wichtigen Informationen und ein Vorlesungsprotokoll
SS 2016
1 . QM und Nano
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Themen für das SS 2016
1. Quantenmechanik und Nano
2. Kurze Wiederholung Quantenmechanik: Axiome
3. Tunneleffekt
Tunnelkontakte
Tunnelmikroskop
Single electron tunnelling
gebundene Zustände / resonantes Tunneln
4. Harmonischer Oszillator
Anwendungen: Wellendetektoren
5. Quanteninformationstechnologie
Prinzipien, (Festkörper-)Qubits, Supraleitung
6. Quanteninterferenz
Material: Buch U. Hartmann, Band 1
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Einführung
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Einführung
NANO und die Rolle der Oberflächen
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Einführung
NANO und Quantenmechanik
Quantenmechanik
– bietet Erklärungen für auftretende Effekte
– neue Funktionalitäten (z.B. Spin -> Spintronik)
Nanotechnologie
– ermöglicht Herstellung von Strukturen, bei denen z.B. die Ladungsträger
in ihrer Bewegung eingeschränkt sind
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Einführung
# Vorlesung I: Skalierungsverhalten und –grenzen
Top-down-Ansatz: Was passiert, wenn wir immer kleinere Strukturen herstellen?
Skalierung möglich, solange Invarianz der Funktionsprinzipien gilt
Transistor heute:1012 Atome
Nanotransistor: 1000 Atome
?
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Einführung
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Einführung
D. Carr and H. Craighead, Cornell
Gesamtlänge: 10 µm
Saite: 50 nm (d.h. ~ 100 Atome) im Durchmesser
Frequenzen: Zentimeterbereich: 102 Hz
Nanometerbereich: 107 Hz
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Einführung
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Einführung
Moore‘sches Gesetz
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Einführung
Moore‘sches Gesetz – Prozessoren
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Einführung
Moore‘sches Gesetz – Realisierungen
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Einführung
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Einführung
Moore‘sches Gesetz – Wie geht es weiter?
Bis jetzt: lithographische Verfahren („top-down“)
Nanotechnologie
„Bottom-up“-Verfahren, Atom/Molekülmanipulation,
Selbstassemblierung
Quantenpunkte
Quantendrähte / Nanodrähte
Quantentöpfe / Quantenfilme
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Einführung
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Einführung
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Einführung
Quantendrähte
aus Metall, freitragend, C-Nanoröhre
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Einführung
Kohlenstoff-Modifikationen, Cluster
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Einführung
C-Nanoröhre
als Kanal
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Einführung
Computersimulation von
Elektronenbewegungen in einem
Nanodraht mit einem Durchmesser in
Nanometerbereich
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Einführung
J. Martinez-Blanco et al., Nature Phys. 11, 640 (2015)
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Einführung
21.2.12
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Fuechsel et al. /Nature Nanotechnology
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Einführung
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Einführung
Ein einzelnes Phthalozyanin-Molekül, umgeben von IndiumAtomen, bildet den Molekültransistor
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Einführung
Kurz nachdem Samsung den Start der Serienproduktion von 14-NanometerChips gemeldet hat, betont Intel die Vorzüge der eigenen 14-nm-Transistoren.
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Einführung
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Einführung
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Einführung
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Einführung
Here's the geometry of a 2D
GAA MOSFET and a 1D SOI
quantum wire transistor. The
thickness of the GAA devices
is either 40 or 80 nm, and the
section of the quantum wires
is 100 x 85 nm.
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Einführung
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Einführung
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Einführung
Fazit:
Wir müssen uns mit Quantenmechanik beschäftigen, um neue Effekte
zu verstehen und „designen“ zu können!
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Nanostrukturphysik II
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.