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15. Dezember 2018

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E-Mobilität, Solarenergie oder Umwelttechnik

E-Mobilität, Solarenergie oder Umwelttechnik© piqs.de/jeremy levine

Das neue Wiener Forschungszentrum für Mikro- und Nanostrukturen (ZMNS) beschäftigt sich mit mehreren zukunftsrelevanten Themen.

Die Wertschöpfungskette von der Grundlagenforschung über angewandte Forschung bis zum industriellen Einsatz ist dabei Basis für die Entwicklung von Anwendungen für Hybridautos, Solartechnologien oder bereichsübergreifende Nanotechnologien.

Aktuelle Forschung im Bereich Material und Dimension
Ein Schwerpunkt im ZMNS ist die Erforschung zwei-dimensionaler Materialien wie Graphen. „Diese Materialien bestehen aus nur einer Atomlage und zeigen deshalb ganz erstaunliche Eigenschaften. Im Rahmen des EU-Flagship-Programms 'Graphene' werden diese im ZMNS hergestellt und erforscht“, erklärt Gottfried Strasser, Vorstand des ZMNS. „Einsatzmöglichkeiten sind neue Transistoren oder Solarzellen aber auch Lichtemitter", ergänzt Strasser.
Gallium-Nitrid ist auch ein Material, das erst seit kurzer Zeit beherrschbar ist. Daraus werden Hochleistungstransistoren hergestellt, mit denen verhältnismäßig starke Ströme geschaltet werden können. Das ist etwa für Hybridautos wichtig, in denen große Energiemengen in kurzer Zeit hin- und hergeleitet werden müssen. Der Einsatz verschiedener Materialien zur Änderung der elektronischen Eigenschaften von Bauelementen reicht am ZMNS von üblichen Halbleitermaterialien wie Silizium oder Germanium bis zu Oxiden und Metallen.

Solarzellen aus dicht gepackten Nanostrukturen
Interessante Möglichkeiten bieten auch niedrigdimensionale Strukturen. Wenn man etwa statt eines dreidimensionalen Blocks einen dünnen Nano-Draht herstellt, ist die Kombination viel einfacher. Aus dicht gepackten Nanodrähten könnten effizientere Solarzellen gebaut werden, die ein breites Spektrum an Lichtwellenlängen absorbieren. Doch Nanostrukturen können nicht nur absorbieren, sondern auch Licht aussenden. Am ZMNS werden auch Quantenkaskadenlaser (QCLs) entwickelt, die als Spektroskopie-Werkzeuge eingesetzt werden können, etwa um hochempfindliche Sensoren für die Umweltanalytik zu realisieren.
Bei der Fertigung von Mikrostrukturen gibt es zwei verschiedene Herangehensweisen: Beim Top-Down-Ansatz startet man mit dem fertigen Material und bringt es dann in Form, zum Beispiel durch Ionenbeschuss. Beim Bottom-Up-Ansatz lässt man die Materialien gezielt in der richtigen geometrischen Form wachsen. "In der Industrie wird noch immer eher die Top-Down-Variante angewandt, doch das genügt heute nicht mehr", sagt Strasser. Im ZMNS werden beide Strategien verbunden, um auch in Zukunft führend bei der Entwicklung von Nanostrukturen sein zu können.
Über die Entstehung, Finanzierung und Strategie des neuen ZMNS siehe Bericht „Klein und kleiner oder Mikro und Nano“.

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red/czaak, Economy Ausgabe Webartikel, 06.12.2018