Mineralisation von artifiziellen DNS-Nanostrukturen (MindNano)

Auf der Basis biomimetischer Ansätze lassen sich grundlegende wissenschaftlich-technische Strategien und Lösungen zum Aufbau einfacher opto-elektronischer Elemente der nächsten Generation entwickeln. Es ist das wissenschaftliche Ziel dieses Projektes unter Nutzung molekularer Selbsterkennung und der Fähigkeit zur Selbstorganisation künstlicher Strukturen wie zum Beispiel DNA oder hochverzweigter Polymere mittels Selbstassemblierung und geeigneter Mineralisation einfache optische bzw. elektronische Elemente zu entwickeln und technisch nutzbar zu machen. Dazu soll an der TU Dresden vorhandene und international anerkannte Expertise auf den Gebieten der DNS-Nanotechnologie, der Synthese von Nanopartikeln und Nanodrähten, der strukturierten und schaltbaren chemischen Funktionalisierung von Oberflächen, des Nanoimprintings und der Hochfrequenztechnik miteinander verbunden werden.

2) Aufbau von DNA-Hybridstrukturen
3) Nah-/Fernfeld-Charakterisierung
4) Strukturierung von Hybridstrukturen
5) Hochfrequenzcharakterisierung

Basierend auf der Faltung eines langen DNA-Rahmenstranges mit kurzen "Heftklammer" -DNA Strängen lassen sich mittels Selbstorganisation submikrometergroße Einzelstrukturen und Arrangements beliebiger Designs realisieren. Die Einbringung funktioneller Gruppen bzw. Bindungsstellen in diesen Strukturen ermöglicht die nanometergenaue Positionierung spezifischer Bauteile bspw. funktionaler Polymere, Nanopartikel, Proteine etc.. Eine alternative Herangehensweise zum Aufbau ortsselektiver Templatstrukturen ergibt sich durch die Verwendung stark verzweigter dentritischer Polymerstrukturen. Zusätzlich zu einer hohen Multifunktionalität zeichnen sich diese Polymere durch erhöhte Wechselwirkung mit Precursor-Salzen aus, die dann zu leitfähigen Strukturen reduziert werden können.

Durch die örtlich kontrollierte Abscheidung metallischer, halbleitender Nanomaterialen oder Polymere auf den Templatstrukturen lassen sich elektrisch und optisch aktive Hybridstrukturen realisieren.Die Synthese von Halbleiter- und Edelmetallnanopartikeln erfolgt auf nasschemischem Weg in wässriger oder organischer Lösung. Ein entscheidender Vorteil dieser Methode besteht in der einfachen gezielten Einstellung der Eigenschaften wie bspw. optischer Eigenschaften wie Absorption oder Emission dieser Nanopartikel anhand verschiedener Prozessparameter während der Synthese. Einen weiterer Ansatz erschließt sich aus der Verwendung leitfähiger oder schaltbarer Polymerstrukturen. Für die ortsspezifische Anlagerung der Nanopartikel sowie der Polymere und dem gezielten Aufbau vom Hybridstrukturen sind Methoden zur gerichteten Funktionalisierung mit spezifischen Liganden zu entwickeln und untersuchen.

Zur Charakterisierung der aufzubauenden Hybridstrukturen können neben einer Vielzahl herkömmlicher Untersuchungsmethoden (AFM, TEM, Fluoreszenz-Mikroskopie/Spektroskopie) eine Reihe unterschiedlichster Verfahren verwendet werden, wie zum Beispiel Conductive AFM (c-AFM), Scanning optical near field microscopy (SNOM), Superresolution-Fluoreszenzmikroskopie und STORM-Mikroskopie. Anhand der gewonnen Informationen lassen sich Aussagen zur strukturellen Integrität sowohl der Templatstrukturen als auch der entwickelten Hybridstrukturen bzw. elektrisch/optischen Bauteile ableiten.

Mittels Nanoimprinttechniken und photochemisch sensitiver Polymere sind Substratoberflächen so zu strukturieren bzw. zu modifizieren, dass Selbstassemblierungsmechanismen zum Übergeordneten Strukturaufbau der Hybridstrukturen eingesetzt werden können. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren der Substratstrukturierung im Nanometerbereich (bspw. Elektronenstrahllitographie) bietet dieser Ansatz eine kosteneffiziente Variante bei gleichzeitig hohem Durchsatz. Es können sowohl Sub-25-nm-Strukturen geringer Aspektverhältnisse (bis 2:1) als auch Sub-300-nm-Strukturen bei gleichzeitig sehr hohen Aspektverhältnissen (bis 10:1) hergestellt werden.

Ziel dieses Teilbereichs ist die Charakterisierung von Hybridstrukturen hinsichtlich ihrer Hochfrequenzeigenschaften und der Aufbau eines geeigneten Messplatz. Zu untersuchende Eigenschaften sind die Permittivität und der dielektrische Verlustwinkel der aufgebauten Hybridstrukturen. Zur Ankopplung des Messequipments an die Teststrukturen soll ein kontaktloses Verfahren erarbeitet werden, um mögliche Verkopplungen zwischen herkömmlichen Messspitzen zu vermeiden. Dieses Verfahren bedarf eines geeigneten Nahfeld/Fernfeld-Messaufbaus, um die Koppelstrukturen zu charakterisieren. Angestrebt werden Untersuchungen sowohl im Nahfeld als auch Fernfeld für Frequenzen bis zu 220 GHz.