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Nanometrologie

Der Themenbereich Nanometrologie

Im Themenbereich Nanometrologie (TB Nano) arbeiten Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der PTB aus 13 Fachbereichen abteilungsübergreifend zusammen, um die industriellen und metrologischen Anforderungen an rückführbare Messungen von nanoskaligen Objekten jetzt und auch in Zukunft zu erfüllen. Dabei werden viele Projekte und Forschungstätigkeiten in enger Kooperation mit Universitäten (TUBS (LENA, B-IGSM, NANOMET), LUH, TU Ilmenau, TU Dresden), Firmen und Forschungsorganisationen (HZB, Fraunhofer, BAM, BfR, Umweltbundesamt, BAuA, …) durchgeführt. Der Themenbereich Nanometrologie ist in 16 Europäischen Verbundprojekten (gefördert aus dem EMPIR-Programm) tätig und unterstützt die Entwicklung von Richtlinien und Normen sowohl auf nationaler (DIN, VDI) als auch internationaler (ISO/TC 229, TC 24, TC 201, TC 202, TC 213) Ebene.

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Nachrichten

Weil Nanopartikel kleiner als rote Blutkörperchen sind, können sie als „Fähren“ für Medikamente oder Impfstoffe dienen. (Foto: Adobe Stock / Kateryna_Kon)

Mit Nanoteilchen lassen sich unter anderem Medikamente oder Impfstoffe gezielt tief in den menschlichen Körper transportieren. Zur Dosisbestimmung muss die Konzentration der winzigen Teilchen möglichst genau bekannt sein. Ein sehr genaues, schnelles Analysemesssystem misst Nanoteilchen mit rund 40 nm bis hin zu Mikropartikeln von ca. 10 μm Größe und bietet Einsatzmöglichkeiten vom „Drug targeting“...

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Advanced manufacturing (Symbolbild)

Der Produktionssektor ist das Rückgrat der europäischen Industrie, mit rund 2 Millionen Unternehmen und mehr als 30 Millionen Arbeitsplätzen. Nach Angabe der EU fließen etwa die Hälfte aller Forschungsgelder in diesen Bereich. Denn es gibt hier viel zu forschen, etwa zu den zentralen Herausforderungen Digitalisierung und Nachhaltigkeit. Überall ganz entscheidend mit dabei: messtechnische...

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Endmaß aus einkristallinem Silizium mit einer Größe von 197 mm × 35 mm × 9 mm

In der PTB wurden absolute Längenmessungen an einem einkristallinen Siliziumendmaß mit abbildender Interferometrie durchgeführt, die eine kleinere Messunsicherheit als alle vorherigen Messungen bieten. Sie präzisieren bisherige CODATA-Referenzdaten und sind hilfreich für eine neue sekundäre Realisierung des Meters.

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Funktionsprinzip des Einzelpartikelzählers

Nanoteilchen sind Tausendsassas. Unter anderem sind sie in der Medizin interessant, um Medikamente oder Impfstoffe gezielt tief in den Körper zu transportieren. Für solche Zwecke muss die Konzentration der winzigen Teilchen möglichst genau bekannt sein. Jetzt wurde in einer Kooperation zwischen der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) und der Firma LUM GmbH in Berlin ein neuartiges, sehr...

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Weitere Nachrichten

PTB-Themen: NanopartikelPTB-Themen: Nanopartikel

Bipyramiden

Neue Eigenschaften - neue Messmethoden
In der Industrie werden immer häufiger Nanopartikel für die Entwicklung neuer Produkte eingesetzt. Vorbedingung ist es, die entscheidenden Eigenschaften der Nanopartikel gut zu kennen, sie also zuverlässig zu charakterisieren. 

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PTB-Themen: NanostrukturenPTB-Themen: Nanostrukturen

Müller-Ellipsometer

Neue Eigenschaften - neue Messmethoden
In der Halbleiterindustrie werden die Strukturen immer kleiner und die eingesetzten 3D-Nanostrukturen immer komplexer. Parallel dazu müssen auch die rückgeführten, ultrahochauflösenden Messtechnologien und die Kalibriernormale kontinuierlich weiterentwickelt werden.

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PTB-Themen: Referenzmaterialien und -strukturenPTB-Themen: Referenzmaterialien und -strukturen

Siliziumstufen

Die Fertigung nanotechnologischer Bauelemente und -materialien in Industrie oder Forschung & Entwicklung benötigt die verschiedensten nanometrologischen Messsysteme. Um diese Messsysteme zu kalibrieren und um die Rückführbarkeit und Vergleichbarkeit der angewendeten Messverfahren gewährleisten zu können, werden Referenzmaterialien benötigt. 

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Ungeordnete Referenzmaterialien mit Bottom-Up
Die kontrollierte Herstellung von Referenzmaterialien mit einem eng spezifizierten, charakteristischen Merkmal ist eine große Herausforderung. Daher gibt es zurzeit einen Mangel an Referenzmaterialien.

Geordnete Referenzstrukturen mit Top-Down
Diese Strukturen werden in der PTB vor allem mit Elektronenstrahllithografie, Ultrapräzisionsbearbeitung und dem Fokussierten Ionenstrahlätzen in Kombination mit Rasterelektronenmikroskopie hergestellt.

Geordnete Referenzstrukturen mit Bottom-Up
Beispiele in der PTB sind monoatomare Stufenhöhennormale, die mithilfe selbstorganisierter Oberflächenrekonstruktion auf Silizium (111) hergestellt werden, oder die Fertigung von Nanostrukturen basierend auf DNA-Origami-Methoden. 

PTB-Themen: Nanometrologie hilft anderen MetrologiebereichenPTB-Themen: Nanometrologie hilft anderen Metrologiebereichen

Goldnanopartikel auf DNA-Origami

Mit den Verfahren der Nanotechnologie können Messmethoden aus anderen metrologischen Bereichen unterstützt und weiterentwickelt werden. 

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PTB-Themen: GrundlagenforschungPTB-Themen: Grundlagenforschung

Abwechselnde Verkippung von Linienstrukturen in einem Gitter

Um die Nano-Messmethoden zuverlässig anzuwenden, muss man die relevanten messtechnischen Prozesse sehr genau kennen. Dies erfordert eine erstklassige Grundlagenforschung. Dabei helfen insbesondere Simulationsrechnungen.

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Technologische InfrastrukturTechnologische Infrastruktur

Das Reinraumzentrum
Luftbild Bessy II
LENA

Die Aufgaben des Themenbereichs Nanometrologie werden in der PTB abteilungsübergreifend bearbeitet. Sowohl für die Fertigung als auch die Charakterisierung von Nanostrukturen sind besondere Anforderungen an die technische Infrastruktur erforderlich, nämlich Vermeidung von Kontaminationen und Stabilität hinsichtlich Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Schwingungen. Zu den zentralen Einrichtungen der vom Themenbereich Nanometrologie genutzten technologischen Infrastruktur gehören: Das Reinraumzentrum (Braunschweig), das LENA (Braunschweig) und Laboratorien am Speicherring BESSY II des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) sowie die PTB-eigene Metrology Light Source (MLS). Darüber hinaus wird derzeit ein neues Forschungszentrum in Braunschweig geplant.

Neben diesen zentralen metrologischen Großeinrichtungen verfügt die PTB weiterhin in ihren zahlreichen Fachlaboren über eine ausgewiesene Messinfrastruktur, die ständig weiterentwickelt wird. Auf diese Weise kann die erforderliche metrologische Kontinuinität aufrechterthalten werden.

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OrganisatorenOrganisatoren

Koordination des TB Nano
Lars Daul
Fachbereich 5.1
Telefon: (0531) 592-5163
lars.daul@ptb.de


Mitglieder im TB Nano Board


Hon.-Prof. Dr. Uwe Siegner
Leitung Abteilung 2
Telefon: (0531) 592-2010
E-Mail: uwe.siegner@ptb.de

Dr. Bernd Güttler
Leitung Abteilung 3
Telefon: (0531) 592-3010
E-Mail: bernd.guettler@ptb.de

Hon.-Prof. Dr. Stefan Kück
Leitung Abteilung 4
Telefon: (0531) 592-4010
E-Mail: stefan.kueck@ptb.de

Dr. Harald Bosse, Sprecher TB Nano
Leitung Abteilung 5
Telefon: (0531) 592-5010
E-Mail: harald.bosse@ptb.de

Prof. Dr. Mathias Richter
Leitung Abteilung 7
Telefon: (030) 3481-7312
E-Mail: mathias.richter@ptb.de

Prof. Dr. Tobias Schäffter
Leitung Abteilung 8
Telefon: (030) 3481-7343
E-Mail: tobias.schaeffter@ptb.de