Waitz, Reimar

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Nanomembranen : ein Prüfstand für Probleme aus der Nanophysik

2012, Waitz, Reimar

Im Verlauf dieser Promotion wurden zwei unterschiedliche Themen mit unterschiedlichen wissenschaftlichen Fragestellungen bearbeitet. Teil I befasst sich mit den Vibrations-Eigenschaften von Membranen mit einer Dicke von einem bis hin zu wenigen hundert Nanometern und makroskopischen Abmessungen in lateraler Richtung. Es wird eine analytische Theorie zur Beschreibung von Moden-Form und Dispersions-Relation von Biege-Wellen hergeleitet, die daraufhin sowohl experimentell, als auch durch Finite-Elemente-Simulationen bestätigt wird.



In Teil II geht es um den elektronischen Transport durch Gold-Kontakte aus wenigen Atomen oder im Tunnel-Bereich, die mit sichtbarem Licht beleuchtet werden. Die Kontakte werden mit Hilfe mechanisch kontrollierter Bruchkontakte erzeugt, die aus einer metallischen Leiterbahn mit einer Sollbruchstelle auf einer Silizium-Membran bestehen. Wird die Membran gedehnt, so bricht die Sollbruchstelle und es formt sich ein atomarer beziehungsweise ein Tunnel-Kontakt.

Das Ziel dieser Experimente besteht darin, eine Änderung des Leitwerts nachzuweisen, die sich auf die Wechselwirkung zwischen Licht und Elektronen-Gas zurückführen lässt. Dazu ist es notwendig, einen solchen elektronischen Effekt von einer Leitwert-Änderung mit mechanischer Ursache, wie beispielsweise der thermischen Ausdehnung der Kontakt-Spitzen, unterscheiden zu können. Es wird ein Verfahren vorgestellt, wie sich diese Unterscheidung mit Hilfe gezielter Einkopplung von Vibrationen in den Kontakt experimentell realisieren lässt.



Die wissenschaftlichen Fragestellungen der Teile dieser Arbeit, einerseits aus der klassischen Mechanik, andererseits aus dem Bereich des elektronischen Transport, sind voneinander unabhängig. Die Verwandtschaft beider Teile besteht in der experimentellen Methode: Während sich der erste Teil mit der Physik der Nanomembranen selbst beschäftigt, stellen sie für den zweiten Teil ein wichtiges Hilfsmittel dar, über das sich der metallische Kontakt kontrollieren lässt.