Structural influences on electrical transport in nanostructures

In dieser Arbeit wird das Zusammenspiel der molekularen Konfiguration mit den elektrischen und optischen Eigenschaften einiger einzelner Nanostrukturen untersucht. Diese sind Kohlenstoffnanoröhren (CNTs), Tetramangan-dekorierte Kohlenstoffnanoröhren und In- As Nanodrähte, die jeweils mit hochauflösender Transmissionselektronenmikroskopie und -spektroskopie (HR-TEM), Ramanstreuung sowie Tieftemperatur-Quantentransportmessungen auf dem Niveau einzelner Bauteile untersucht werden. Diese Techniken messen komplementäre Materialeigenschaften und ermöglichen, zusammen genommen, eine vollständige Charakterisierung der einzelnen Nanostruktur. Diese Korrelation wird durch eine neuartige Probengeometrie ermöglicht, die im Rahmen der Arbeit entwickelt wurde. Hierbei werden verschiedene Lithographieschritte auf einer TEM-Membran kombiniert. Das Verfahren ist kompatibel mit vielen (selbstorganisierten) Nanostrukturen. Ferner werden Bauteil und Substrat entkoppelt, wodurch der Transport sehr ungestört abläuft. Eine einzelne, dreiwandige Kohlenstoffnanoröhre wird mittels HR-TEM als solche identifiziert und mit Ramanstreuung und elektrischem Transport bei Raumtemperatur untersucht. Die optischen Eigenschaften und der Transportkanal können den einzelnen Wänden zugeordnet werden. Quantentransportexperimente werden an zwei weiteren Kohlenstoffnanoröhren durchgeführt, die mittels HR-TEM als ein Zweierbündel aus einwandigen CNTs beziehungsweise als dreiwandige CNT identifiziert werden. Die entsprechenden Stabilitätsdiagramme weisen komplexe Charakteristiken wie verhinderte Kreuzungen, Fano-förmige Coulombmaxima und Sägezahnmuster auf. Der ihnen zugrunde liegende Mechanismus kann nur mit dem detaillierten Wissen der atomaren Struktur bestimmt werden. Genauer gesagt können die Charakteristika mit kapazitiven und molekularen Interaktionen zwischen den verschiedenen Elementen des Bauteils und der Umgebung modelliert werden. Ebenfalls werden universellen Leitwertfluktuationen und die Phasenkohärenzlänge vier einzelner InAs Nanodraht-Tansportbauteile untersucht. Zwei verschiedene Temperaturabhängigkeiten können beobachtet werden. Diese stehen nicht im Zusammenhang mit der Kristallphasenmischung, da alle vier Nanodrähte diesbezüglich statistisch identisch sind, wie eine HR-TEM Messung zeigt. Die Eigenschaften der Kohlenstoffnanoröhren können durch chemische Funktionalisierung verändert werden. In dieser Arbeit wird ein Verfahren vorgestellt, bei dem ein Carboxylat-Ligandenaustausch die Kohlenstoffnanoröhre mit einem molekularem Tetramanganantiferromagneten dekoriert. Der Grad der Funktionalisierung kann über die Oxidation der CNTs kontrolliert werden. Die Bedeckung wird mit Hell- und Dunkelfeld HRTEM sowie energiedispersiver Röntgen- und Elektronenenergieverlustspektroskopie überwacht, die die Mn-Verteilung auf der Kohlenstoffnanoröhre abbilden. Ramanstreuung und SQUID-Messungen zeigen ebenfalls die erfolgreiche Bedeckung und die Integrität der Hybride. Transportmessungen an funktionalisierten Kohlenstoffnanoröhrennetzwerken demonstrieren die Verwendbarkeit solcher Strukturen für Einzelhybridquantentransportbauteile.