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Hierarchische Strukturbildung und Funktion organisch-anorganischer Nanosysteme / SFB 569

Hierarchic Structure Formation and Function of Organic-Inorganic Nano Systems

18.09.2003

Programmbeschreibung / Programme Summary

Wechselwirkungen und Strukturvariationen auf verschiedenen Längenskalen werden zur Entwicklung funktionaler Materialstrukturen und chemischer Systeme eingesetzt. Der Begriff hierarchisch soll hier strukturdeterminierende Rangordnungen der Wechselwirkungspotenziale und der resultierenden Längen- und Zeitskalen charakterisieren. Hierzu werden atomare und molekulare Bausteine zu nanoskopischen Komponenten zusammengefügt und in eine definierte Anordnung zueinander gebracht. Neue physikalische und chemische Funktionen der Materialien und Systeme werden durch die Begrenzung der Abmessungen einzelner Objekte und durch Wechselwirkung der auf der Nanometerskala angeordneten Komponenten angestrebt. In „dynamischen und dissipativen Nanostrukturen“ kann das Zusammenspiel von Energie und Entropie die Organisation der Überstruktur nicht nur selbst bestimmen, sondern auch optimieren. Durch die Verknüpfung von anorganischen Komponenten und Festkörpern mit molekularen Bausteinen wird die chemische und physikalische Funktionalität von Halbleiter- und Übergangsmetallverbindungen mit dem Prozess der Selbstorganisation kombiniert. Bei der angestrebten Funktionalität der Nanosysteme steht in der ersten Phase der Arbeiten ein grundsätzliches Verständnis des Verhaltens eines definierten Ensembles der funktionalen Elemente im Vordergrund. In einem weiteren Schritt wird auch das aktiv gesteuerte Schalten von Funktionalität etwa durch elektrische, elektromagnetische oder mechanische Signale angestrebt. Schwerpunkte des Forschungskonzeptes sind: (a) eine starke synthetische Komponente für den Aufbau von Nanoobjekten und supramolekularen Funktionseinheiten, (b) ein ausgeprägter Schwerpunkt auf dem Gebiet der Rastersondenmikroskopie, (c) die Verbindung von Ansätzen aus dem Bereich der Festkörper- und Oberflächenwissenschaften mit molekularen Konzepten, (d) die Verknüpfung von Selbststrukturierungsprozessen mit Mikrolithographie-Techniken und (e) die Einbindung von funktionalen Bausteinen und Methoden aus dem Bereich der Molekularbiologie.

Interactions and variations of structure on various length scales are used for developing functional materials and chemical systems. The term hierarchic characterizes the order of interaction potentials which dominate the resulting length and time scales. This is achieved by assembling atomic and molecular components to nanoscopic structures and arranging them in a defined order. New physical and chemical functions of materials and systems are achieved by limiting the size of single objects and by the interaction of the components on a nanoscopic length scale. The interaction of energy and entropy in dynamic and dissipative nanostructures does not only determine but can also optimize the organization of superstructures. The functionality of inorganic components and of building units is combined with the ability of molecular compounds to selforganize. In the first phase of the cooperative project, a basic understanding of defined ensembles and functional elements shall be achieved. A further step is to strive for an active control of the functionalities by external fields. The key aspects of the research are: (a) a strong synthetic background for building nano-objects and supramolecular functional units, (b) a distinct expertise in scanning probe microscopy, (c) the connection of solid state and surface sciences with molecular concepts, (d) the combination of self-organization with micro-lithography and (e) the integration of functional components and methods from the field of molecular biology.

Sprecher / Spokesperson:

Professor Dr. Paul Ziemann
Abteilung Festkörperphysik der Universität Ulm
Albert-Einstein-Allee 11 · 89069 Ulm
Tel.: (0731) 50-22970 · Fax.: (0731) 50-22987
E-Mail: paul.ziemann@physik.uni-ulm.de

Further Information: www.uni-ulm.de/sfb569/