3D resistiv schaltende Verbundnanopartikelnetzwerke ermöglicht durch komplexe Plasmen

• Antragsteller: Professor Jan Benedikt, Ph.D.; Professor Dr.-Ing. Jan Trieschmann
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 568560111

In den letzten Jahren hat die Forschung an Nanopartikelnetzwerken an der Perkolationsschwelle deren außerordentliches Potenzial als physikalische Substrate jenseits des von Neumann Rechnens sowohl experimentell als auch theoretisch nachgewiesen. In diesem Projekt wird die plasmaunterstützte Synthese von 2,5D (durch die Rauheit des Substrats kontrollierte Schichten von Nanopartikeln) und 3D Nanopartikelnetzwerken als neuartige, vielseitige und skalierbare Herstellungsmethode erforscht. Sie bietet die Möglichkeit, die Eigenschaften der Nanopartikel und Netzwerke präzise einzustellen, was durch das Einfangen und die gezielte Modifizierung in einem Niederdruckplasma sowie durch die kontrollierte Extraktion und Abscheidung der so maßgeschneiderten Nanopartikel ermöglicht wird. Ziel ist es, diese Nanopartikel-Verbundnetzwerke mit spezifischen 3D-Konnektivitätsschemata und kollektiven resistiven Schalteigenschaften zu erzeugen, die Kritikalität, Lawinendynamik und skalenfreies Verhalten aufweisen. Dies wird durch die Kombination von Experimenten mit Modellierung/Simulation angegangen: Experimentell werden Ag-Nanopartikel, die aus einer Gasaggregationsquelle stammen, aufgrund ihrer negativen Ladung im positiven Potential einer Niederdruck-Hochfrequenzentladung in der Gasphase gefangen. Die Zugabe von Präkursorgas ermöglicht ihre kontrollierte Oberflächenmodifikation zur Gewinnung von Ag@SiO2 Core-Satellite- und Core-Shell-Nanopartikeln. Ihre gezielte Abscheidung aus dem Plasma durch ein skalierbares Extraktionssystem und die elektrische Charakterisierung der erhaltenen 2,5D/3D-Nanopartikelnetzwerke werden untersucht. Ergänzt werden diese Arbeiten durch eine theoretische Beschreibung und Analyse der Extraktion der Nanopartikel und ihrer Ablagerung auf vorstrukturierten Oberflächen mittels partikelbasierter Simulationen. Darüber hinaus wird eine Charakterisierung der Nanopartikelnetzwerke hinsichtlich des kollektiven resistiven Schaltverhaltens und der Kritikalität durch eine Analyse der Puls-Zeit-Dynamik anhand eines phänomenologischen Nanopartikelnetzwerkmodells erreicht, wobei das resistive Schaltverhalten in den Nano-Zwischenräumen zwischen Gruppen von Nanopartikeln und die Dynamik der elektrischen Netzwerkkonnektivität in einem (modifizierten) Knotenpotentialverfahren berücksichtigt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Neuseeland, Tschechische Republik
• Kooperationspartner: Professor Simon Brown, Ph.D.; Professor Dr. Tomas Kozak, Ph.D.