Nanophysik und Nanotechnologie (eBook)

Eine Einführung in die Konzepte der Nanowissenschaft

Edward L. Wolf (Autor)

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2015
Wiley-VCH (Verlag)
978-3-527-68738-1 (ISBN)

Infos

Noch hat das Motto 'Alles muss kleiner werden' nicht an Faszination verloren. Physikern, Ingenieuren und Medizinern erschließt sich mit der Nanotechnologie eine neue Welt mit faszinierenden Anwendungen. E.L. Wolf, Physik-Professor in Brooklyn, N.Y., schrieb das erste einführende Lehrbuch zu diesem Thema, in dem
er die physikalischen Grundlagen ebenso wie die Anwendungsmöglichkeiten der Nanotechnologie diskutiert. Mittlerweile ist es in der 3. Aufl age erschienen und liegt jetzt endlich auch auf Deutsch vor.

Dieses Lehrbuch bietet eine einzigartige, in sich geschlossene Einführung in die physikalischen Grundlagen und Konzepte der Nanowissenschaften sowie Anwendungen von Nanosystemen. Das Themenspektrum reicht von Nanosystemen über Quanteneff ekte und sich selbst organisierende Strukturen bis hin zu Rastersondenmethoden. Besonders die Vorstellung von Nanomaschinen für medizinische Anwendungen ist faszinierend, wenn auch bislang noch nicht praktisch umgesetzt. Der dritten Aufl age, auf der diese Übersetzung beruht, wurde ein neuer Abschnitt über Graphen zugefügt. Die Diskussion möglicher Anwendungen in der Energietechnik, Nanoelektronik und Medizin wurde auf neuesten Stand gebracht und
wieder aktuelle Beispiele herangezogen, um wichtige Konzepte und Forschungsinstrumente zu illustrieren.

Der Autor führt mit diesem Lehrbuch Studenten der Physik, Chemie sowie Ingenieurwissenschaften von den Grundlagen bis auf den Stand der aktuellen Forschung. Die leicht zu lesende Einführung in dieses faszinierende Forschungsgebiet ist geeignet für fortgeschrittene Bachelor- und Masterstudenten mit Vorkenntnissen in Physik und Chemie.

Stimmen zur englischen Vorauflage

'Zusammenfassend ist festzustellen, dass Edward L. Wolf trotz der reichlich vorhandenen Literatur zur Nanotechnologie ein individuell gestaltetes einführendes Lehrbuch gelungen ist. Es eignet sich - nicht zuletzt dank der enthaltenen Übungsaufgaben - bestens zur Vorlesungsbegleitung für Studierende der Natur- und Ingenieurwissenschaften sowie auch spezieller nanotechnologisch orientierter Studiengänge.'
Physik Journal
'... eine sehr kompakte, lesenswerte und gut verständliche Einführung in die Quantenmechanik sowie ihre Auswirkungen auf die Materialwissenschaften ...'
Chemie Ingenieur Technik

Autor

Edward Wolf ist Professor für Physik an der Polytechnischen Universität in Brooklyn, New York. Im Jahr 2007 wurde er mit dem "Jacobs Excellence in Education Award" geehrt. Er ist Autor von Lehrbüchern zu den Grundlagen der Nanotechnologie und speziell Anwendungen in Elektronik und Energiegewinnung, und hat das Thema in Radiofeatures für ein allgemeines Publikum aufbereitet.

Inhalt

1 Einführung
2 Die Systematik der Minituarisierunge
3 Was sind die Grenzen der Minituarisierung?
4 Die Quantennatur der Nanowelt
5 Konsequenzen für die Makrowelt
6 Selbsorganisierende Nanostrukturen in der Natur und in der Industrie
7 Experimentelle Ansätze zur Herstellung von Nanostrukturen
8 Magnetismus, Elektronenspin und Supraleitung als Grundlage für moderne Quantentechnologien
9 Nanoelektronik mit Silizium und neuen organischen Materialien
10 Ein Blick in die Zukunft

Rezensionen

"Das Lehrbuch bietet eine leicht zu lesende Einführung, die neben der Darstellung der wissenschaftlichen Grundlagen auch das Augenmerk auf die Anwendungsmöglichkeiten der Nanosysteme richtet."
Allgemeines Ministerialblatt (9/2016)

"Zusammenfassend kann diese leicht lesbare Einführung in die Nanowissenschaften dem interessierten Leser auch ohne besondere Vorkenntnisse empfohlen werden. Aufgrund der Vielzahl an gut verständlichen Übungen eignet sich das Lehrbuch auch hervorragend für das Selbststudium."
Physik in unserer Zeit (4/2016)


"Dieses gut strukturierte Einführungswerk bietet eine umfassende und verständliche Darstellung der physikalischen Grundlagen und Konzepte der Nanowissenschaften und zeigt zugleich ein breites Spektrum von Anwendungsmöglichkeiten auf."
mpa (01.01.2016)

"Das Werk stellt das komplexe Thema gut verständlich und zugleich fundiert dar, sodass es auch für Studierende mit nur geringen Vorkenntnissen in Physik und physikalischer Chemie bestens geeignet ist."
MM-IndustrieMagazin (16.11.2015/Nr.47/2015)


"Das Werk stellt das komplexe Thema der Nanowissenschaften gut verständlich und zugleich fundiert dar, so dass es auch für Studierende mit nur geringen Vorkenntnissen in Physik und physikalischer Chemie bestens geeignet ist."
Maschinenmarkt (12.11.2015)



From Amazon:

Wolf explains from the vantage of a physicist what exactly is nanophysics, and what the engineering implications might be. He describes how the size of atoms, at 0.1 nanometers or so, sets a natural lower limit, and how the scale of nanometers lets us see and use quantum phenomena for designing new materials.
A solid background in quantum mechanics would not be remiss, before trying this book. Wolf offers a bottoms-up approach to understanding the various branches of nanotech research, which is currently burgeoning.


This excellent textbook presents the basic concepts of Nanotechnology and Nanophysics in a well structured, solid manner, without leaving any aspects unattached. It is updated, with references to recently published work in top rated journals. The main advantage of the book is the wide spectrum of the issues covered, ranging from biology to quantum computing, allowing future applications to be tackled by the students easier.


This had a good quantitative take on the subject natter that I found refreshing. It also serves as a nice field survey of what is happening out there.
4 out of 5 stars

Textauszug

Abkürzungsverzeichnis

A	Adenin, eine der vier Nukleinbasen in der DNA und der RNA (bindet mit Thymin)

ABM	Anti-Ballistic Missile; Raketenabwehrsystem (Vertrag), mögliches Beispiel für die Grenzen eines Roboters

ADC	Analog-Digital-Wandler

AFM	Atomic Force Microscope; Rasterkraftmikroskop

Amu	Atomic mass unit; Atomare Masseneinheit (veraltet, s. u.)

ATP	Adenosintriphosphat, energiereicher Baustein der RNA, führt zu ADP

Bar	Einheit des Drucks, 1013,25 mbar entsprechen dem Normaldruck

BCS	BCS-Theorie (Bardeen, Cooper, Schrieffer), Theorie der Supraleitfähigkeit

BOX	Buried Oxide; vergrabene Oxidschicht; wird in Si verwendet, um die Kapazität in FETs zu verringern (siehe SOI)

C	Cytosin, eine der vier Nukleinbasen in der DNA und der RNA (bindet mit Guanin)

CIP	Current-in-plane, Strom in der Ebene, Geometrie bei einem Spin-Ventil-GMR-Sensor

CMOL	CMOS/Nanodraht/Molekularhybrid; vorgeschlagene Computerlogik

CMOS	Complementary Metal-Oxide-Semiconductor; ein Herstellungsprozess für Halbleiterbauelemente bzw. eine Computerlogik

CPP	Current-perpendicular-to-plane; Strom senkrecht zur Ebene;Geometrie in einem TMR-(Tunnelventil-) Sensor

CPU	Central Processing Unit; (Haupt-) Prozessor eines Computers

CVD	Chemical Vapor Deposition; chemische Gasphasenabscheidung; Verfahren zur Abscheidung von Schichten

D	Debye, CGS-Einheit des elektrischen Dipolmoments 1 D = 3,3 × 10–30 Cm

daDNA

Doppelstrang-DNA

DMF	Dimethylformamid, ein polares Molekül

DNA	Desoxyribonukleinsäure, Polymer, das die Einzel- und Doppelhelix bildet; Letztere enthält die Basen C, G, A und T, die über Wasserstoffbrückenbindungen binden; Träger der Erbinformation

DNT	Dinitrotoluol, giftige, explosive Substanz; polare Moleküle;möglicherweise nachweisbar

DOS	Density of States; Zustandsdichte; wird gewöhnlich für Elektronen pro Einheitsenergie pro Einheitsvolumen angegeben

DRAM	Dynamic Random Access Memory, dynamisches RAM

EF	Fermi-Energie

Eg	Bandlückenenergie, wird gewöhnlich in eV angegeben

ESR	Elektronenspinresonanz

eV	Elektronenvolt; 1 eV = 1,6 × 10–19 J

FET	Feldeffekttransistor

fm	Femtometer

FQHE	Gebrochenzahliger Quanten-Hall-Effekt

G	Guanin, eine der vier Nukleinbasen in der DNA und der RNA (bindet mit Cytosin)

GMR	Giant magneto resistance; Riesenmagnetowiderstand

hdp	Hexagonal dichteste Kugelpackung

HEMT	High-Electron-Mobility Transistor; Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit

HTS	Hochtemperatursupraleiter

JJ	Josephson-Tunnelkontakt

kfz	Kubisch flächenzentriertes Gitter

Laser

Light Amplification by stimulated Emission of Radiation; Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung

maJ	Milliattojoule; mögliche Energieeinheit für sehr kleine Systeme

MBE	Molecular Beam Epitaxy; Molekularstrahlepitaxie, eine Methode zur Abscheidung atomar perfekter Kristallschichten

MEMS	Mikroelektromechanisches System

meV	Millielektronenvolt, ein Tausendstel Elektronenvolt

MeV	Megaelektronenvolt, eine Million Elektronenvolt

MFM	Magnetkraftmikroskopie

MOSFET

Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor

MRAM	Magnetoresistives Random Access Memory

MRFM	Rasterkraftmagnetmikroskopie

MRI	Magnetic Resonance Imaging, ein bildgebendes Verfahren zur Darstellung von Gewebestrukturen im Körperinneren

MWNT	Multi-Wall-Nanoröhrchen (aus Kohlenstoff)

NEMS	Nanoelektromechanisches System

NMR	Kernspinresonanz

NW	Nanowire, Nanodraht

PMMA	Polymethylmethacrylat, umgangssprachlich Acrylglas oder Plexiglas; wird in der Siliziumtechnologie als Fotolack verwendet

pn	Übergang zwischen positiv dotierten und negativ dotierten Halbleitern; Gleichrichter, Bestandteil eines Transistors und regelbarer Kondensator

Py	Permalloy, Nickel-Eisen-Legierung, Ferromagnet mit hoher magnetischer Permeabilität

PZT	Blei-Zirkonat-Titanat, wird als Piezokeramik in Ultraschallmessgeräten, bei SPM- und SBSL-Wandlern verwendet

QCA	Quantum Cellular Automata; Quantenzellularautomaten

QD	Quantum Dot; Quantenpunkt, eine dreidimensionale kleine Struktur, die sich ähnlich wie ein Atom verhält

QED	Quantenelektrodynamik, beschreibt die Wechselwirkung von Strahlung mit Materie; sie führt zu einer geringfügigen Änderung des g-Faktors des Elektronenspins von 2,0 zu 2,0023

QHE	Quanten-Hall-Effekt

QPC	Quantenpunktkontakt

Radar

Radio Detection and Ranging, (frei übersetzt: Funkortung und -abstandsmessung)

RAM	Random Access Memory

recA	Protein, das in dem Bakterium E. coli vorkommt; es spielt bei der Reparatur und Erhaltung der DNA eine Rolle

RFSET

Radiofrequenz-Einzelelektronentransistor

RNA	Ribonukleinsäure; ein Polymer, das im Aufbau der DNA ähnelt, aber die Base U anstelle von T verwendet. Evolutionsmäßig gesehen ist sie ein Vorläufer der DNA; spielt eine zentrale Rolle bei der Umsetzung von genetischen Informationen in Proteine

RNAP	RNA-Polymerase, ein Enzym, das die Synthese der RNA bei der Transkription der DNA katalysiert

RSFQ	Rapid Single Flux Quantum; schnelle Einzelflussquanten-Elektronik; eine Form von supraleitender Computerlogik

RTD	Resonanztunneldiode; es gibt weitere Formen (z. B. TBRTD) dieser Transistoren und dieser Logik

SBSL	Single-Bubble-Sonolumineszenz; Einzelblasen-Sonolumineszenz

SEM	Scanning Electron Microscope; Rasterelektronenmikroskop

SET	Einzelelektronentransistor

SFQ	Einzelflussquant

SHO	Simple Harmonic Oscillator; einfacher harmonischer Oszillator

SOI	Silizium auf einem Isolator; Herstellungsprozess für Schaltkreise auf einem Isolator; in einen Silizium-Einkristall wird eine vergrabene Oxidschicht eingebaut, anschließend wird getempert, um eine isolierende Quarzschicht zu erzeugen (siehe BOX)

Sonar

Sound Navigation and Ranging; Verfahren zur Ortung von Gegenständen mittels ausgesandter Schallimpulse; in modernen Geräten werden zur Schallerzeugung unter Wasser piezoelektrische Elemente verwendet

SPM	Scanning Probe Microscope; Rastersondenmikroskop

SQUID

Supraleitende Quanteninterferenzeinheit

ssDNA

Einzelstrang-DNA

STM	Scanning Tunneling Microscope; Rastertunnelmikroskop

SWNT	Single-Wall-Nanoröhrchen

T	Thymin, eine der vier Nukleinbasen in der DNA (bindet mit Adenin); in der RNA nicht...

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 31.7.2015
• Reihe/Serie: Verdammt clever!
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Technik ► Elektrotechnik / Energietechnik
• Schlagworte: Elektronische Materialien • Elektrotechnik u. Elektronik • Festkörperphysik • Festkörperphysik • Nanophysik • Nanotechnologie • Physik
• ISBN-10: 3-527-68738-6 / 3527687386
• ISBN-13: 978-3-527-68738-1 / 9783527687381