Physik im Nanobereich

Die Nanotechnologie hat durch den Bedarf an immer kleineren Strukturen für integrierte Schaltungen gleichermaßen an technologischem wie grundsätzlichem Interesse zugenommen. In der Grundlagenforschung interessiert zum Beispiel, was sich an der klassischen Beschreibung vieler Phänomene ändert, wenn die Abmessungen der Strukturen immer kleiner werden, d.h. in mindestens einer Dimension die Ausdehnung im Bereich weniger Nanometer liegt. Damit sind die Strukturen nur noch wenige Atomabstände groß, also Schichten mit wenigen Atomlagen Dicke, bzw. wenige Atomreihen Breite oder Kluster mit wenigen Atomen. Uns interessiert hier besonders die Frage der Leitungsmechanismen für den elektrischen Strom und dessen Abhängigkeit von strukturellen Parametern. Die klassische Beschreibung (Ohm’sches Gesetz und Boltzmann’s Theorie) geht von frei beweglichen Ladungsträgern aus, die sich im Material eine kurze Strecke frei bewegen und dann nach einer Streuung sich wieder frei bewegen. Über die Mittelung vieler Wegstücke kommt der "konstante" Stromfluss zustande. Was ändert sich, wenn die Abmessungen in mindestens einer Richtung kleiner als die sogenannte frei Weglänge ist? Hier ist mit prinzipiellen Änderungen der Mechanismen zu rechnen, da dann auch die Wellennatur der Ladungsträger wesentlich in Erscheinung treten kann.