Modifikation von Kuprasupraleitern mittels Ionenstrahlen

Die rapide zunehmenden Anforderungen an die Informations- und Kommunikationstechnologie erfordern neuartige Materialien, Prozesse und Bauteile für die "Produkte und Dienstleistungen von morgen" und auch eine Verringerung von Gewicht und Stromaufnahme. Die Miniaturisierung, eines der offensichtlichen Ziele der Nanotechnologie, ist aber oft durch andere physikalische Effekte begrenzt, zum Beispiel dem Problem der Hitzeentwicklung und dem Problem des Wärmeabtransport aus solchen miniaturisierten Schaltkreisen. Die naheliegendste Lösung ist es, supraleitende Materialien und Bauteile zu benutzen, die entweder überhaupt keine Energieverluste aufweisen, oder diese zumindest um Größenordnungen reduzieren. Da Supraleiter aber nur weit unter Raumtemperatur arbeiten, sind aufgrund der notwendigen Kühlgeräte nur die neuartigen, so genannten, Hochtemperatursupraleiter eine realistische Wahl für kommerzielle Anwendungen. Zu den aufregenden Möglichkeiten, die supraleitende Bauteile bieten, zählen äußerst empfindliche Magnetfeldsensoren, Digital-Analog-Umwandler, Hochfrequenz Filter und Mischer, superschnelle Digital- und Computerschaltkreise und möglicherweise sogar Quantencomputer. Eine essentielle Voraussetzung um solche Bauteile in einem kommerziell durchführbaren Prozess zu erzeugen ist eine Methode für die systematische und reproduzierbare Veränderung der wichtigsten Parameter dieser neuen Materialien und die Möglichkeit Strukturen kleiner als hundert Nanometer herzustellen. Solche Methoden zur Nanostrukturierung sind wenig bekannt und meistens nur für den Laborgebrauch geeignet. In diesem Forschungsprojekt wollen wir die Möglichkeiten zur systematischen Änderung der elektrischen und magnetischen Eigenschaften von Hochtemperatursupraleitern und verwandter Materialien mittels Ionenstrahlen geringer Energie untersuchen. Vorläufige Untersuchungen haben bereits ergeben, dass die elektrischen Eigenschaften systematisch und reproduzierbar durch ionenstrahl-induzierte Punktdefekte verändert werden und dass künstliche, periodische Nanostrukturen durch maskierte Ionenstrahlen erzeugt werden können. Die physikalischen Auswirkungen der Ionenbestrahlung auf verschiedene Eigenschaften von Hochtemperatursupraleitern werden untersucht und die erworbenen Kenntnisse sollen zur Entwicklung einer fotolack-freien, direkten Strukturierungsmethode für supraleitende Nanostrukturen mit neuartigen Eigenschaften führen. Die Forschungsarbeiten werden in Kooperation zwischen den Universitäten in Wien und Linz und der Wiener Firma IMS Nanofabrication GmbH durchgeführt.

Die rapide zunehmenden Anforderungen an die Informations- und Kommunikationstechnologie erfordern neuartige Materialien, Prozesse und Bauteile für die "Produkte und Dienstleistungen von morgen" und auch eine Verringerung von Gewicht und Stromaufnahme. Die Miniaturisierung, eines der offensichtlichen Ziele der Nanotechnologie, ist aber oft durch andere physikalische Effekte begrenzt, zum Beispiel dem Problem der Hitzeentwicklung und dem Problem des Wärmeabtransport aus solchen miniaturisierten Schaltkreisen. Die naheliegendste Lösung ist es, supraleitende Materialien und Bauteile zu benutzen, die entweder überhaupt keine Energieverluste aufweisen, oder diese zumindest um Größenordnungen reduzieren. Da Supraleiter aber nur weit unter Raumtemperatur arbeiten, sind aufgrund der notwendigen Kühlgeräte nur die neuartigen, so genannten, Hochtemperatursupraleiter eine realistische Wahl für kommerzielle Anwendungen. Zu den aufregenden Möglichkeiten, die supraleitende Bauteile bieten, zählen äußerst empfindliche Magnetfeldsensoren, Digital-Analog-Umwandler, Hochfrequenz Filter und Mischer, superschnelle Digital- und Computerschaltkreise und möglicherweise sogar Quantencomputer. Eine essentielle Voraussetzung um solche Bauteile in einem kommerziell durchführbaren Prozess zu erzeugen ist eine Methode für die systematische und reproduzierbare Veränderung der wichtigsten Parameter dieser neuen Materialien und die Möglichkeit Strukturen kleiner als hundert Nanometer herzustellen. Solche Methoden zur Nanostrukturierung sind wenig bekannt und meistens nur für den Laborgebrauch geeignet. In diesem Forschungsprojekt wollen wir die Möglichkeiten zur systematischen Änderung der elektrischen und magnetischen Eigenschaften von Hochtemperatursupraleitern und verwandter Materialien mittels Ionenstrahlen geringer Energie untersuchen. Vorläufige Untersuchungen haben bereits ergeben, dass die elektrischen Eigenschaften systematisch und reproduzierbar durch ionenstrahl-induzierte Punktdefekte verändert werden und dass künstliche, periodische Nanostrukturen durch maskierte Ionenstrahlen erzeugt werden können. Die physikalischen Auswirkungen der Ionenbestrahlung auf verschiedene Eigenschaften von Hochtemperatursupraleitern werden untersucht und die erworbenen Kenntnisse sollen zur Entwicklung einer fotolack-freien, direkten Strukturierungsmethode für supraleitende Nanostrukturen mit neuartigen Eigenschaften führen. Die Forschungsarbeiten werden in Kooperation zwischen den Universitäten in Wien und Linz und der Wiener Firma IMS Nanofabrication GmbH durchgeführt.