Nanotechnik-Glossar

Die Kapitelangaben in Klammern beziehen sich auf das Buch "NANO?! Die Technik des 21. Jahrhunderts"


Aminosäure: organisches Molekül, Grundbaustein aller Proteine. Eine Aminosäure wird in der DNS von drei DNS-Basenpaaren codiert. (Kap. 4, 10)

Assembler: hypothetische Nanomaschine, die Atome und Moleküle in beliebiger Struktur zusammenbauen kann. Von Eric Drexler eingeführt. (Kap. 18, 19, 21)

Atom: die kleinste Einheit eines chemischen Elements. Es besteht aus Atomkern und Elektronen. Der Atomkern wiederum ist aus Protonen und Neutronen aufgebaut.

Bandlücke: Energiebarriere in Halbleiterkristallen, die Elektronen überwinden müssen, um als elektrischer Strom durch den Kristall zu fließe. (Kap. 2, 9)

Basenpaar: genetischer Buchstabe in der DNS. Es gibt vier mögliche Basenpaare: Adenin-Thymin, Thymin-Adenin, Guanin-Cytosin und Cytosin-Guanin. (Kap. 4, 10, 15)

Bit: kleinste digitale Informationseinheit, die den Wert 0 oder 1 annehmen kann. 8 Bit sind ein Byte. (Kap. 13)

Buckyball, Buckminsterfulleren: 1986 entdeckte Art von Kohlenstoffmolekülen, die kugelförmig oder ellipsoid sind. Die Kohlenstoffatome sind darin zu Fünf- und Sechsecken angeordnet. (Kap. 8, 15, 16)

Cantilever: Bezeichnung für den Hebel eines Kraftmikroskops. (Kap. 6, 13, 14, 15)

Cluster: Materiehaufen, die größer als Moleküle sind, aber noch keine Festkörpereigenschaften haben.

Crossbar-Latch-Prozessor: Von Hewlett-Packard entwickelter Prozessor, der aus einem gekreuzten Gitter von Nanodrähten besteht. (Kap. 13, 15)

Dip-Pen-Nanolithographie: Verfahren, bei dem eine "Tinte" aus Molekülen mit den Spitzen von Kraftmikroskophebeln auf einen Untergrund geschrieben wird. (Kap. 6)

DNS (DNA): Kurzform für Desoxyribonukleinsäure (engl.: Desoxyribonuleine Acid), Träger des Genoms. DNS ist ein langes Molekül, das einer verdrehten Strickleiter ähnelt. Die Stränge bestehen aus Zucker- und Phosphat-Molekülen, die Sprossen aus den Basenpaaren. Ihre Abfolge kodiert die Gene. (Kap. 4, 10, 14, 15)

DNS-Computer: Computer, in dem die Rechnung durch Kombination von DNS-Stücken erfolgt. (Kap. 13)

Elektron: Negativ geladenes Elementarteilchen und Träger des elektrischen Stroms.

Elektronenmikroskop: Mikroskop, das Elektronen zur Belichtung einer Probe nutzt und sich dabei die Tatsache zunutze macht, dass Elementarteilchen zugleich auch Wellen sein und analog zu Licht genutzt werden können. (Kap. 5)

Energieniveau: Aufenthalts"ort" eines Elektrons in einem Atom, auch als "Abstand" des Elektrons vom Atomkern bezeichnet. (Kap. 2, 8, 9)

Elektronenstrahl-Lithographie: Photolithographie-Verfahren, das zur Belichtung Elektronenstrahlen verwendet (nach demselben Prinzip, nach dem Elektronen im Elektronenmikroskop genutzt werden). (Kap. 5)

EUV-Lithographie: Photolithographie-Verfahren, das äußerst kurzwelliges UV-Licht verwendet (engl.: Extreme Ultraviolet). (Kap. 5)

Festkörper: makroskopische Anordnung von Atomen, die kein Cluster mehr ist.

Gen: Abschnitt im Erbgut aller Lebewesen (in der DNS), der die Information für den Aufbau eines oder mehrerer Proteine enthält. (Kap. 4, 10, 14, 15)

Genom: Gesamtheit aller Gene. (Kap. 4, 10, 15)

Grätzelzelle: Solarzelle, die in einen Elektrolyten eingebettete Farbstoffmoleküle und Titandioxid-Nanopartikel verwendet statt Halbleiterkristallen. (Kap. 16)

Grey-Goo-Problem: GAU der molekularen Nanotechnik. Replikatoren zersetzen in großer Geschwindigkeit Biomasse, um daraus Kopien ihrer selbst herzustellen. (Kap. 20)

Halbleiter: Material, das im Normalzustand nicht elektrisch leitend ist. Es wird erst leitend, wenn die Elektronen durch Energiezufuhr von außen die Bandlücke überwinden können. Elementare Halbleiter sind Silizium oder Germanium, zusammengesetzte Halbleiter sind Galliumarsenid oder Titandioxid. (Kap. 2, 9, 13)

Heisenberg'sche Unschärferelation: Gesetz der Quantenmechanik, wonach bestimmte Paare von Messgrößen nicht zum selben Zeitpunkt gleich exakt gemessen werden können. Je genauer man zum Beispiel den Ort eines Elementarteilchens misst, desto unschärfer wird die Messung seines Impulses. (Kap. 2, 6)

Katalysator: Material, das den Ablauf einer chemischen Reaktion erleichtert, ohne selbst an der Reaktion teilzunehmen. (Kap. 12, 16)

Kraftmikroskop: Mikroskop, bei dem das Abbild einer Oberfläche oder eines Moleküls aus der Wechselwirkung einer feinen Spitze an einem Hebel mit einem Atom errechnet wird. Kurzform: AFM für engl. Atomic Force Microscope.(Kap. 6, 13, 14, 15)

Kohlenstoff: viertes chemisches Element im Periodensystem mit vier Elektronen. Kohlenstoff kommt als Festkörper (Diamant, Graphit) oder in Form großer Moleküle (Buckminsterfullerene, Nanotubes) vor. (Kap. 8)

Kristallgitter: regelmäßige atomare Struktur in Festkörpern.

Leitungsband: Energiebereich in Halbleitern oder Metallen, in dem Elektronen sich ungehindert bewegen können, wenn eine elektrische Spannung vorliegt. (Kap. 2, 9)

Maschinen-Phasen-Chemie, Mechanosynthese: hypothetisches Konzept von Eric Drexler für den kontrollierten, präzisen Zusammenbau von Atomen oder Molekülen. Als Alternative zur Selbstorganisation in chemischen oder biologischen Prozessen gedacht. (Kap. 4, 18)

Millipede: Speicherchip von IBM, der mit den Hebeln eines Kraftmikroskops arbeitet. Diese stanzen Löcher in einer Polymerschicht, die dann Bits repräsentieren. (Kap. 13, 21)

Molekül: dauerhafte, geordnete Verbindung von mindestens zwei Atomen. Bei sehr vielen Atomen wie in Proteinen spricht man von Makromolekülen. Manche Stoffe bilden keine Makromoleküle aus, sondern Cluster.

Nanolab: Chip zur Analyse von Proteinen in bis zu 1000 Zellen gleichzeitig. (Kap. 15)

Nanometer: ein Milliardstel Meter oder auch: 10^-9 Meter, ein Millionstel Millimeter.

Nanopartikel: kleinste Festkörper, die aus einigen Hundert bis mehreren Zehntausend Atomen bestehen und keine Cluster mehr sind. (Kap. 9, 12, 13, 15, 16, 20)

Nanotechnik: Gesamtheit aller technischen Verfahren, die Materiestrukturen von unter 100 Nanometern Ausdehnung nutzen oder herstellen. In der wissenschaftlichen Gemeinde in Anlehnung an den englischen Begriff nanotechnology, und um das wissenschaftliche Frühstadium dieser Technik hervorzuheben, oft als "Nanotechnologie" bezeichnet.

Nanotube: Kohlenstoffmolekül, das die Form einer langen Röhre hat. Der Durchmesser beträgt einen bis mehrere Nanometer. In mehrwandigen Nanotubes sind mehrere Röhren ineinander geschachtelt. (Kap. 8, 12, 13, 14, 16)

Nanoimprinting: Drucktechnik. Mittels Photolithographie hergestellte Stempel tragen Muster aus organischen Molekülen auf eine Oberfläche auf. (Kap. 7, 21)

Paramagnetismus: Form des Magnetismus, in dem ein Material nur dann magnetisch wird, wenn ein äußeres Magnetfeld angelegt wurde. (Kap. 13, 15, 16)

Peptid: kürzere Kette von Aminosäuren. (Kap. 10)

Photokatalysator: Katalysator, der seine unterstützende Wirkung erst bei Einfall von Licht – meist UV-Licht – entfaltet. (Kap. 16)

Photolithographie: Verfahren, mit dem Oberflächen strukturiert werden. UV-Licht fällt durch eine Maske und überträgt ein Muster, dass dann durch Ätzen herausgearbeitet werden kann. (Kap. 5, 13)

Photon: Lichtteilchen.

Piezoelement: Kristall, der sich unter elektrischer Spannung zusammenzieht oder ausdehnt. (Kap. 6, 11)

Polymer: langgezogenes oder ausgedehntes organisches Molekül, das aus vielen sich wiederholenden Abschnitten besteht. (Kap. 10, 12, 16, 17)

Protein: lange Kette von Aminosäuren, auch Eiweiß genannt. (Kap. 4, 10, 15)

Quantencomputer: Computer, dessen Recheneinheit mit quantenmechanischen Überlagerungszuständen (Qubits) arbeitet. (Kap. 13)

Quantenpunkt: Festkörper von wenigen Nanometern Ausdehnung. Quantenpunkte können freie Partikel oder in Halbleiter eingebettete Inseln sein, die sich wie künstliche Atome verhalten. (Kap. 9, 14, 15)

Quantenmechanik: physikalische Theorie über den Aufbau der Materie. (Kap. 2)

Qubit: Informationseinheit eines Quantencomputers. Kurzform für Quantenbit. (Kap. 13)

Rastersonde: Oberbegriff für neue Mikroskopie-Verfahren, bei der eine Oberfläche abgetastet (abgerastert) wird. (Kap. 6)

Rastertunnelmikroskop: Mikroskop, bei dem das atomare Abbild einer elektrisch leitenden Oberfläche aus dem Tunnelstrom zwischen Mikroskopspitze und Oberflächenatom errechnet wird. Kurzform STM für engl. Scanning Tunneling Microscope.(Kap. 6, 11, 19)

Replikator: hypothetischer Assembler, der Kopien seiner selbst herstellen kann. Auch als "Nanoreplikator" oder "Nanobot" bezeichnet (Kap. 19, 20).

Ribosom: molekulare "Fabrik" in einer Zelle, in der aus Aminosäuren Proteine zusammengebaut werden. (Kap. 4)

RNS (RNA): Kurzform für Ribonukleinsäure (engl.: Ribonucleic Acid). (Kap. 4, 10, 14, 15)

Schwarmintelligenz: Theorie, nach der intelligentes Verhalten aus dem Zusammenspiel vieler nicht-intelligenter Individuen entsteht. Vorbild sind staatenbildende Insekten wie Bienen, Ameisen und Termiten. (Kap. 19)

Selbstorganisation: thermodynamischer Prozess, bei dem Ordnung scheinbar "von selbst" durch Energiezufuhr entsteht. (Kap. 7, 12, 13, 18, 19)

Self-Assembly: Spezialfall der Selbstorganisation, bei dem sich Moleküle zu klaren Strukturen anordnen. (Kap. 7)

Self-assembling Monolayers: Schichten aus Molekülen, die eine Moleküllage dick sind und durch Self-Assembly entstehen. (Kap. 7, 12, )

Sol-Gel-Prozess: chemisches Verfahren, bei dem sich gelöste Polymere, das Sol, durch Entzug des Lösungsmittels zu einem ausgedehnten Netzwerk, dem Gel, verbinden. (Kap. 12)

Spin: quantenmechanische Eigenschaft aller Elementarteilchen, die der Grund für ein vorhandenes magnetisches Moment ist. Der Spin wird häufig auch als Eigendrehimpuls beschreiben. (Kap. 13)

Superparamagnetismus: von außen auf ein Material aufgeprägte Magnetisierung, die bei Abschalten des Magnetfeldes wieder verschwindet. (Kap. 13, 15, 16)

Thermische Energie: Bewegungsenergie von Elementarteilchen bei einer bestimmten Temperatur. (Kap. 9, 13)

Tunneleffekt: quantenmechanischer Effekt, bei dem Elementarteilchen durch eine Energiebarriere hindurchgelangen ("tunneln"). Der Effekt beruht auf dem statistischen Charakter der Quantenmechanik und hat kein Gegenstück in der makroskopischen Welt. (Kap. 2, 6)

Tunnelstrom: elektrischer Strom aus Elektronen, die zum Beispiel durch ein nichtleitendes Vakuum tunneln. (Kap. 6)

Titandioxid: Halbleiter, der in Form von Nanopartikeln vor allem in neuen Solarzellen (z.B. Grätzel-Zellen) oder photokatalytischen Materialien eingesetzt wird. (Kap. 12, 16, 20)

Valenzband: Energiebereich in Halbleitern oder Metallen, in dem Elektronen unbeweglich sind und nicht zum elektrischen Strom beitragen können. (Kap. 2, 9)

Van-der-Waals-Kraft: schwache Anziehungskraft zwischen Atomen oder Molekülen, die durch Schwankungen der Elektronendichte und damit der Ladungsdichte hervorgerufen werden. (Kap. 2, 11, 12, 18)

Wasserstoff: erstes und leichtestes chemisches Element im Periodensystem, das aus einem Proton und einem Elektron besteht. (Kap. 16)