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Nanometrologie hilft anderen Metrologiebereichen

Goldnanopartikeln auf einer DNA-Origami-Oberflächenstruktur
Verstärkung des Raman-Signals mit Goldnanopartikeln auf einer DNA-Origami-Oberflächenstruktur (Prinzipskizze)

Mit den Verfahren der Nanotechnologie können Messmethoden aus anderen metrologischen Bereichen unterstützt und weiterentwickelt werden. Insbesondere in der Quantentechnologie, wo kleinste definierte Bauelemente benötigt werden, braucht man hochentwickelte nanotechnologische Herstellungsmethoden und die besten nanometrologischen Charakterisierungsmethoden. Beispiele für Quantentechnologien, die in der PTB entwickelt werden, sind Nano-SQUIDS, Einzelelektronen- Transistoren, Quanten-Hall-Effekt-Proben und Ionenfallen. Nanostrukturen können darüber hinaus für die Verstärkung von Signalen anderer Messmethoden verwendet werden, etwa in der oberflächenverstärkten Raman-Spektroskopie.

Berkovich-Spitze
Berkovich-Spitze auf Silizium-Cantilever hergestellt mit FIB

Aber auch die klassische Rastersondenmikroskopie wird durch nanotechnologische Neuentwicklungen vorangebracht. Im LENA wurde die Methode entwickelt, mithilfe eines fokussierten Ionenstrahls (FIB) eine pyramidenförmige Berkovich-Spitze auf einer Rasterkraftmikroskop-Messnadel (einem Cantilever) herzustellen. Sie bietet völlig neue Anwendungsmöglichkeiten für die Untersuchung der nanomechanischen Eigenschaften von Strukturen und Materialien. Die FIB-Technik half auch, ein anderes Problem zu lösen: Aus mechanischen Gründen können konventionelle Cantilever keine echten, dreidimensionalen Topografiemessungen durchführen. Doch mit einer Kombination aus fokussiertem Ionenstrahl und Rasterelektronenmikroskopie wurden neuartige Cantilever-Geometrien hergestellt, sogenannte 3D-Nanoprobes, die diese Aufgabe meistern.

Plasmonischen Nanolinse
Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme einer plasmonischen Nanolinse (Iridium-Resist-Struktur)

In der optischen Messtechnik ist die laterale Auflösung durch die Wellenlänge der Lichtquelle begrenzt. Diese klassische Auflösungsgrenze der optischen Spektroskopie kann durch die Verwendung funktionaler optischer Nanostrukturen überwunden werden. Hierfür wird unter anderem erforscht, wie die durch plasmonische Nanolinsen erzeugten Subwellenlängenfoci genutzt werden können, um sie in der Müllermatrix-Ellipsometrie einsetzen zu können, was den Informationsgehalt über nanodimensionelle Eigenschaften von Strukturen erhöhen würde.