Transport phenomena in nano- and microscopic systems

Teil III der vorliegenden Arbeit beschreibt den Versuch, zwei Elektroden in wohldefiniertem Abstand voneinander zu erzeugen, der über einen weiten Temperaturbereich mechanisch stabil und daher für die Aufnahme von organischen Molekülen zwecks elektrischer Charakterisierung geeignet ist. Grundlage des Verfahrens ist eine Halbleiter-Heterostruktur aus GaAs und AlGaAs, die einerseits durch Kombination verschiedener Ätz- und Maskierungsverfahren den Elektrodenabstand definiert und andererseits den thermisch stabilen Untergrund für die Elektroden bietet.Das in Teil II beschriebene Projekt widmet sich ebenfalls der molekularen Elektronik. Hier sollten mit dem bereits an der Universität Konstanz eingesetzten Mikrokontaktstempeln systematische Untersuchungen an Molekülen mit verschiedenen Ankergruppen durchgeführt werden.Das in Teil I vorgestellte Projekt entstammt dem Bereich der Mikrofluidik. Anders als in den Teilen II und III wird hier nicht Ladungstransport durch nanoskopische Moleküle, sondern der Transport mikroskopischer Teilchen durch Kanäle betrachtet. Dafür wurde ein neuartiges Konzept für einen Trennmechanismus von Brownschen Teilchen in wässriger Lösung erstmals experimentell umgesetzt. Das Verfahren beruht auf dem Konzept der Brownschen Ratschen und dehnt dies auf eine erweiterte An/Aus-Ratsche aus. Teilchen werden dabei durch eine invertierbare, äußere Kraft zwischen den Wänden eines Kanals hin- und herbewegt. Die beiden Wände bestehen aus Sägezähnen jeweils unterschiedlicher Orientierung und Länge. Durch geeignete Taktung der äußeren Kraft lässt sich erreichen, dass Brownsche Teilchen mit unterschiedlichen Driftgeschwindigkeiten nur den Effekt einer bzw. den Effekt beider Ratschen spüren. Dadurch werden langsame und schnelle Teilchen zu unterschiedlichen Enden des Kanals bewegt.Die äußere Kraft wurde in dieser Arbeit durch die Gravitation implementiert, was den zu trennenden Größenbereich von Teilchen auf etwa 1-10 Mikrometer beschränkt. Wird die äußere Kraft durch elektrostatische Kräfte verwirklicht, so ist auch die Trennung von Teilchen im Größenbereich von 100 Nanometer und kleiner denkbar. Die Dauer eines derartig kleinskaligen Trennprozesses wird auf etwa 1 Minute abgeschätzt.Diese Methode hat gute Aussicht, das mit Abstand kompakteste Trennverfahren zu werden. Dadurch, sowie aufgrund der hohen Trenngeschwindigkeit, könnte das Verfahren Trennprozesse auf Analysegeräten der Mikrofluidik - Lab-on-a-Chip-Geräten - bedeutend verändern und zur weiteren Miniaturisierung entscheidend beitragen