Clusterphysik
AG Ganteför

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Electron Transport through Clusters

Cluster sind die Bausteine einer zukünftigen Nanoelektronik. Ein Beispiel sind Kohlenstoffnanotubes, aus denen sich Drähte, Dioden und Transistoren bauen lassen. Bisher ist dies aber noch Zukunftsmusik, da es nicht gelingt, die Bauteile kontrolliert zu positionieren und zu kontaktieren. Ein erster Schritt in diese Richtung sind Transportmessungen. Ein Cluster wird zwischen zwei Metallelektroden positioniert. Hat der Cluster Kontakt zu beiden Elektroden, ist es möglich, Strom-Spannungs-Kennlinien aufzunehmen und damit die elektrischen Transporteigenschaften des Partikels zu vermessen. Nanoobjekte haben aufgrund der starken Quanteneffekte, die in diesem Größenbereich dominieren, ganz andere elektronische Eigenschaften als makroskopische Festkörper. Vielversprechenden Kandidaten für elektrische Verbindungen sind Nanodrähte aus MoS2. Ausgangspunkt ist ein Chevrel-Cluster, ein besonders stabiler Cluster aus 6 Metallatomen und 8 Schwefelatomen. Diese Cluster wachsen nur in einer Dimension und bilden Drähte mit der Summenformel Mo3nS3n+2 (Bild unten).

 

ChevrelWachstum

 

Diese Nanodrähte lassen sich mit der PACIS-Quelle erzeugen (Schema und Massenspektrum unten).

PACISChevrel

ChevrelMassenspektrum

 

Chevrelclusterionen werden mit der PACIS erzeugt, mit einem Flugzeitmassenspektrometer nach der Größe selektiert (Apparaturbild unten) und Cluster ausgewählter Masse zwischen zwei Metallelektroden platziert (Schemazeichnung unten). Die Strom-Spannungskurven hängen von der elektronischen Struktur der Cluster ab und im Vergleich mit Modellrechnungen lassen sich die Transsporteigenschaften bestimmen.

 

RossendorfSetup

 

 

 

ChevrelzwischenElektroden

 

Die schwierige Aufgabe bei diesem Projekt ist das Platzieren der Clusterionen zwischen den beiden Elektroden, die nur 1-2 Nanometer voneinander entfernt sind. Hierzu wird die Methode der Bruchkontakte eingesetzt. Der Ionenstrahl wird möglichst genau auf den Bruchkontakt fokussiert und die Ionen mit möglichst geringer kinetischer Energie deponiert. Diese Apparatur ist zurzeit am Forschungszentrum Rossendorf im Aufbau. Die PACIS-Quelle und das Flugzeitmassenspektrometer stammen aus Konstanz. Die Projektleiter vor Ort sind Sybille Gemming und Arthur Erbe.

 

Hintergrundinformation:

N. Bertram, Y. D. Kim, G. Ganteför, Q. Sun, P. Jena, J. Tamuliene and G. Seifert, "Experimental and theoretical studies on inorganic magic clusters: M4X6 (M=Mo, W; X=O, S)", Chem. Phys. Lett. 396, 341(2004).

Nils Bertram, Jörn  Cordes, Young Dok Kim, Sibylle Gemming, Gotthard Seifert, Gerd Ganteför, "Nanoplatelets made from MoS2 and WS2", Chem.Phys.Lett. 418, 36 (2006).

S. Gemming, J. Tamuliene, G. Seifert, N. Bertram, Y.D. Kim, and G. Ganteför, "Electronic and geometric structures of MoxSy and WxSy (x= 1,2,4, y= 1-12) clusters", App. Phys. A 82, 161 (2006).

G. Seifert, S. Gemming, N. Bertram, T. Fischer, M. Goetz, G. Gantefoer, "One-dimensional (Mo3S3)n Clusters: building blocks of clusters materials and ideal nanowires for molecular electronics", Chem. Phys. Lett. 474, 127 (2009).