Untersuchungen selbstorganisierter Nanostrukturen bei BESSY mit Carl-Ramsauer-Preis ausgezeichnet

Der Physiker Dr. Andrei Varykhalov hat Quantenphänomene in seiner Dissertation studiert, seine Untersuchungen führte er am Berliner Elektronenspeicherring BESSY durch. Für seine Arbeit mit dem Titel Quanteneffekte in der elektronischen Struktur neuer selbstorganisierter Systeme mit reduzierter Dimensionalität wird er von der Physikalischen Gesellschaft zu Berlin mit dem Carl-Ramsauer-Preis ausgezeichnet.

Damit elektronische Geräte immer kompakter, leichter und leistungsstärker werden können, entwickelt die Industrie immer kleinere und komplexere elektronische Schaltungen und Speicherbausteine. Setzt sich diese Tendenz fort, wird in naher Zukunft die Grenze unterschritten, unterhalb der die Schaltungen nicht mehr den Regeln der klassischen Physik gehorchen, weil Quanteneffekte das Verhalten der Elektronen bestimmen.

Normalerweise lassen sich Materialien über Eigenschaften wie die Leitfähigkeit charakterisieren. Begibt man sich aber in die Nanowelt, und betrachtet Strukturen, deren Abmessungen in der Größenordnung der Atomgrößen liegen, so ändern sich diese Eigenschaften völlig. Beispielsweise sind Goldpartikel, die kleiner als zwei Nanometer (zwei Millionstel Millimeter) sind, Halbleiter, obwohl Gold ansonsten ein sehr guter Leiter ist. Das liegt daran, dass die Leitungselektronen, wenn sie in ein sehr kleines Volumen eingeschlossen werden, nur noch ganz bestimmte energetische Zustände einnehmen können.

In seiner Doktorarbeit untersuchte Varykhalov diese elektronische Struktur für verschiedene Systeme. Da sich Objekte, deren Abmessungen kleiner als 50 Nanometer sind, nicht mehr mit lithografischen Methoden herstellen lassen, präparierte er seine Proben mittels Selbstorganisation. Dabei werden Atome oder Moleküle auf eine zuvor sorgfältig vorbereitete und charakterisierte Oberfläche gebracht. Je nach Unterlage sowie Art und Zahl der aufgebrachten Atome oder Moleküle bilden sich spontan charakteristische Strukturen wie kleine Inseln oder schmale Streifen (Nanodrähte). Varykhalov untersuchte zunächst die von ihm hergestellten räumlichen Strukturen mit Hilfe eines von ihm aufgebauten Rastertunnelmikroskops. Anschließend bestimmte er die elektronischen Eigenschaften durch Photoelektronenspektros-kopie mit Hilfe der Synchrotronstrahlung bei BESSY. Dabei reichte das Spektrum der von ihm studierten Systeme von feinen Goldstreifen auf einer Wolframcarbidoberfläche bis hin zu Clustern, die aus C60-Molekülen bestehen. Weil die Selbstorganisation der einzige Weg ist, um Strukturen auf der Längenskala weniger Nanometer in großer Zahl herzustellen, ist es wichtig, hier zu einer Systematik zu gelangen, mit der sich prognostizieren lässt, wie bestimmte Strukturen mit bestimmten Eigenschaften erzeugt werden können. So kann die Welligkeit von Wolframkarbidoberflächen als Trägermaterial die Selbstorganisation von Nanostrukturen mit sehr verschiedenen elektronischen und strukturellen Eigenschaften steuern. Dies ist ein bemerkenswertes Ergebnis der Arbeit.

Andrei Varykhalov wurde 1978 in Sankt Petersburg geboren und studierte dort seit 1995 Computerwissenschaften und Physik. Nach seinem Masterabschluss mit Auszeichnung in Physik 2001 ging er für seine weitere wissenschaftliche Arbeit ans BESSY in Berlin zu Prof. Dr. Wolfgang Gudat, und reichte seine Doktorarbeit an der Universität Potsdam ein. Mit dem Carl-Ramsauer-Preis, zeichnet die Physikalische Gesellschaft zu Berlin alljährlich je eine herausragende Dissertation der Universität Potsdam sowie der drei Berliner Universitäten aus. Die Verleihung findet am Mittwoch, 15.11.2006, an der Humboldt Universität zu Berlin statt.