Nanotechnologie in der Schule - Prof. Dr. Thomas Wilhelm
Nanotechnologie in der Schule - Prof. Dr. Thomas Wilhelm Nanotechnologie in der Schule - Prof. Dr. Thomas Wilhelm
I Das Rastertunnelmikroskop 25 4 Allgemeines zum Rastertunnelmikroskop 29 4.1 Historisches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 4.1.1 Ursprünge des optischen Mikroskops . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 4.1.2 Das Auflösungsvermögen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Betrachtung selbstleuchtender Objekte . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Beleuchtete Objekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 4.1.3 Das Konfokalmikroskop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 4.1.4 Die Entdeckung des Transmissions-Elektronenmikroskops . . . . . . 39 4.1.5 Das Rastertunnelmikroskop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.2 Der Tunneleffekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 4.2.1 Das Tunneln von Elektronen durch eine Potentialbarriere . . . . . . 43 Abschnitt I: EpotI = 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Abschnitt II: EpotIII �= 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Abschnitt III: EpotIII = 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Auswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Bemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Näherungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 4.2.2 T (E) bei nichtkonstanter Potentialbarriere . . . . . . . . . . . . . . . 56 Anmerkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 4.2.3 Störungstheoretischer Ansatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Bemerkungen zur Zustandsdichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 4.2.4 Spektroskopie der lokalen Zustandsdichte . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.3 Arbeitsweisen des Rastertunnelmikroskops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 4.3.1 Topografische Betriebsart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Konstant-Strom Modus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Konstant-Höhen Modus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 4.3.2 Tunnelspektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 I-U Spektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 I-z Spektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 z-U Spektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 4.4 Spitzensteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 II
5 Spitzenpräparation 71 5.1 Schneide- bzw. Abreißmethode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 5.2 Ätzmethode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 6 Verwendung des vorhandenen RTM 73 6.1 Hintergründe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 6.2 Spitzenpräparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 6.2.1 Konstruktion des Ätzeinrichtungsgehäuse . . . . . . . . . . . . . . . 74 Prinzipielle Überlegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Konstruktion und Bau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 6.2.2 Ätzelektronik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 6.2.3 Erklärung des Schaltplans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 6.2.4 Vorbereitungen des zu ätzenden Drahtes . . . . . . . . . . . . . . . . 78 6.2.5 Hinweise zum Betrieb der Ätzeinrichtung . . . . . . . . . . . . . . . 79 6.3 Messergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 7 Ferienakademie 83 7.1 Grundlegende Konzeption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 7.2 Praktische Durchführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 II Herstellung und Versuche mit Ferrofluiden 87 8 Ferrofluide, Magnetismus und Curie-Temperatur 89 8.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 8.2 Magnetismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 8.3 Curie-Temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 8.4 Hysterese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 8.5 Sonderstellung von Ferrofluiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 8.6 Magnetisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 8.7 Rosensweig Instabilitäten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 8.8 Modellvorstellung zum Magnetismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 9 Physikalische Anforderungen an ein Ferrofluid 101 9.1 Bedingungen an die Partikelgröße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 9.1.1 Bedingung aufgrund des Schwerefeldes . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 9.1.2 Bedingung aufgrund des externen Magnetfeldes . . . . . . . . . . . . 104 III
- Seite 1 und 2: Nanotechnologie im Schulunterricht
- Seite 5: There’s Plenty of Room at the Bot
- Seite 12 und 13: 9.2 Attraktive Wechselwirkungen . .
- Seite 15 und 16: Einleitung 1 Nach dem Aufkommen der
- Seite 17 und 18: 2.1 Was ist Nanotechnologie? Allgem
- Seite 19 und 20: 2.1 Was ist Nanotechnologie? Größ
- Seite 21 und 22: spricht man von einem top-down Verf
- Seite 23 und 24: Nanotechnologie für den Unterricht
- Seite 25 und 26: Inhalt Die Nanobox enthält: 3.2 Un
- Seite 27 und 28: 2. Nanowürfel - Powerspeicher der
- Seite 29 und 30: 3.2 Unterrichtsmaterialien Abb. 3.3
- Seite 31 und 32: 3.2 Unterrichtsmaterialien Beim Exp
- Seite 33 und 34: 3.3 Schulbesuche durch externe Einr
- Seite 35 und 36: ponaten [Nanc] zu folgenden Themen
- Seite 37 und 38: 3.4 Internetangebote einzelne Schul
- Seite 39: Teil I Das Rastertunnelmikroskop 25
- Seite 42 und 43: „Vielleicht, daß es in der Zukun
- Seite 44 und 45: 4 Allgemeines zum Rastertunnelmikro
- Seite 46 und 47: 4 Allgemeines zum Rastertunnelmikro
- Seite 48 und 49: 4 Allgemeines zum Rastertunnelmikro
- Seite 50 und 51: 4 Allgemeines zum Rastertunnelmikro
- Seite 52 und 53: 4 Allgemeines zum Rastertunnelmikro
- Seite 54 und 55: 4 Allgemeines zum Rastertunnelmikro
- Seite 56 und 57: 4 Allgemeines zum Rastertunnelmikro
- Seite 58 und 59: 4 Allgemeines zum Rastertunnelmikro
I Das Rastertunnelmikroskop 25<br />
4 Allgeme<strong>in</strong>es zum Rastertunnelmikroskop 29<br />
4.1 Historisches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30<br />
4.1.1 Ursprünge des optischen Mikroskops . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30<br />
4.1.2 Das Auflösungsvermögen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31<br />
Betrachtung selbstleuchten<strong>der</strong> Objekte . . . . . . . . . . . . . . . . . 31<br />
Beleuchtete Objekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36<br />
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36<br />
4.1.3 Das Konfokalmikroskop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37<br />
4.1.4 Die Entdeckung des Transmissions-Elektronenmikroskops . . . . . . 39<br />
4.1.5 Das Rastertunnelmikroskop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41<br />
4.2 Der Tunneleffekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42<br />
4.2.1 Das Tunneln von Elektronen durch e<strong>in</strong>e Potentialbarriere . . . . . . 43<br />
Abschnitt I: EpotI = 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44<br />
Abschnitt II: EpotIII �= 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45<br />
Abschnitt III: EpotIII = 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45<br />
Auswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45<br />
Bemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53<br />
Näherungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54<br />
4.2.2 T (E) bei nichtkonstanter Potentialbarriere . . . . . . . . . . . . . . . 56<br />
Anmerkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59<br />
4.2.3 Störungstheoretischer Ansatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59<br />
Bemerkungen zur Zustandsdichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62<br />
4.2.4 Spektroskopie <strong>der</strong> lokalen Zustandsdichte . . . . . . . . . . . . . . . 63<br />
4.3 Arbeitsweisen des Rastertunnelmikroskops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64<br />
4.3.1 Topografische Betriebsart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64<br />
Konstant-Strom Modus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64<br />
Konstant-Höhen Modus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65<br />
4.3.2 Tunnelspektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65<br />
I-U Spektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65<br />
I-z Spektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66<br />
z-U Spektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66<br />
4.4 Spitzensteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67<br />
II
Change language