Kontrollierte Festkörperreaktionen im Nanometerbereich unter besonderer Berücksichtigung des Kirkendall-Effekts

• Applicants: Professor Dr. Dietrich Hesse; Professor Dr. Kornelius Nielsch; Professorin Dr. Margit Zacharias
• Subject Area: Experimental Condensed Matter Physics
• Term: from 2008 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 73110866

Smigelskas und Kirkendall berichteten schon 1947 über den Einfluss einer unterschiedlichen Diffusionsgeschwindigkeit von Kupfer- und Zinkatomen in Messing und die dadurch verursachte Verschiebung von Markierungen an der Grenzfläche („Kirkendall-Effekt ). Auch die Bildung von Poren (Hohlräumen) auf der Seite des schneller diffundierenden Elements wurde bald als Konsequenz der unterschiedlichen Diffusionsgeschwindigkeit erkannt. Im Zusammenhang mit Nanostrukturen bekommt dieser bisher negativ gesehene Effekt eine neue Bedeutung. Da bei Nanostrukturen eine starke räumliche Einschränkung vorliegt, kann es in Folge eines Diffusionsvorganges zu einer Akkumulierung von Hohlräumen im Inneren einer Nanostruktur kommen, wenn unterschiedliche Atome mit unterschiedlicher Geschwindigkeit diffundieren. Festkörperreaktionen in einem räumlich stark eingeschränkten Bereich sind von hohem wissenschaftlichem und technologischem Interesse z.B. für die Synthese oder die Produktion von neuen Materialien. Die Fähigkeit, kontrolliert die Struktur und Morphologie von Materialien im Nanometerbereich zu manipulieren, soll eine größere Kontrolle der lokalen chemischen Umgebung ermöglichen.Zielstellung des hier vorgeschlagenen Projektes ist die detaillierte Untersuchung des Kirkendall-Effektes für die Erzeugung von komplexen Nanostrukturen. Dazu sollen physikalische Grundlagenuntersuchungen zum Kirkendall-Effekt unter dem Einfluss einschränkender Geometrien durchgeführt werden. Ultra-dünne Schichten werden dazu mittels Atomic Layer Deposition kontrolliert gewachsen und anschließend einem Diffusions- Reaktions-Prozess unterworfen. Schwerpunkt wird die Reaktion von ZnO und MgO mit weiteren Metalloxiden sein. In einem zweiten Schritt soll der Einfluss von strukturierten Geometrien im Nano- und Mikrobereich untersucht werden. Im dritten Teil des Projektes sollen die Erkenntnisse genutzt werden, um komplexe Strukturen kontrolliert in Hohl Strukturen zu transformieren, deren magnetische Eigenschaften zu untersuchen bzw. ihre Integrations fähigkeit in Mikrosysteme auszuloten.

• DFG Programme: Research Grants