Nanoszerkezet

A nanoszerkezetek illetve nanoszerkezetű anyagok a nanotechnológia vizsgálódásainak tárgyai, olyan parányi anyagi részecskék, melyeknek legalább egy kiterjedése a nanométeres, vagy ehhez közeli mérettartományba esik. A nanoszerkezetek fizikailag szignifikáns méretei a molekulákét általában meghaladja, de a mikroszkopikus részecskéknél kisebbek. Egyszerre lehetnek makroszkopikus illetve molekuláris anyagokhoz hasonló tulajdonságaik, de vannak mindkét méretskálától különböző jelenségeik, amelyek a mezoszkopikus fizika témakörébe esnek.

Általános jellemzői

Ezen szerkezetek fontos jellemzői, hogy:

• mikroszkopikus és makroszkopikus fizikai jellemzőiket az őket felépítő atomok anyagi jellemzői mellett gyakran nagymértékben befolyásolják a szerkezeti jellemzőik,
• mivel méretük sokszor összemérhető az elektron adott közegben jellemző állapotának hullámhosszával, ezért bennük gyakran lép fel a kvantumbezárás jelensége,
• általában nagy a felület-térfogat arányuk, így a felületi jelenségek erősebbek, mint tömbi anyagban,
• viselkedésüket gyakran jellemzi önszerveződés, mely a molekuláris viszonyokhoz való rokonságukra utal,
• tárgyalásuk jellemzően a kvantummechanika és a szilárdtestfizika eszközeivel lehetséges.

Fontos nanoszerkezetek

A nanoszerkezetek mezoszkopikus jellemzőit nagyban befolyásolja, hogy szerkezetük a tér mely irányaiban milyen kiterjedésűek, hány térdimenzió irányában érvényesül delokalizáció (szabad elektron-hullámfüggvény), illetve hány irányban kvantumbezárás (peremfeltételek közti elektron-hullámfüggvény). Az alábbi táblázat néhány jellemző nanoszerkezet-típust sorol fel a jellemző delokalizációs illetve bezárási irányokkal.

Megjegyzendő, hogy ezek a dimenziószámok csak irányadóak, hiszen a kvantumbezárás különféle jelenségek esetén más-más konkrét nanoszerkezet-méretnél léphet fel.

Geometria	Delokalizáció	Kvantumbezárás	Fizikai modellek, jellemző jelenségek[m 1]	Példák
Kvantumpötty	0D	3D	potenciálgödör, vonalas színkép	egyelektron-tranzisztor
Nanocső	1D	2D	van Hove-szingularitás, ballisztikus vezetés	Szén nanocső, szervetlen nanocsövek (pl. WS2, MoS2, SnS2, TiO2)
Nanopálca, nanoszál, nanodrót	1D	2D		Szén nanoszál, Indium-arzenid nanopálca, szilícium nanopálca, cink-oxid nanopálca
Nanoréteg	2D	1D	kétdimenziós elektrongáz	grafén, grafén nanoszalag, átmenetifém-dikalkogenid rétegek, bór-nitrid nanorács, egyes vékonyrétegek
Nanohab
Tömbi nanoszerkezet				fotonikus kristály
Nem minden itt felsorolt jelenség jellemzi szükségszerűen a felsorolt nanoszerkezeteket, de sok esetben megjelennek

Források

• Sólyom Jenő: A modern szilárdtest-fizika alapjai I: Szerkezet és dinamika. Budapest: ELTE Eötvös Kiadó. 2009. ISBN 9789632840970  
• Giber János és szerzőtársai: Szilárdtestek felületfizikája. Budapest: Műszaki Könyvkiadó. 1987. ISBN 9789631071115  
• Nanofizika tudásbázis - Fizipedia (magyar nyelven). fizipedia.bme.hu. (Hozzáférés: 2017. április 1.)
• Ihn, Thomas. Semiconductor nanostructures : quantum states and electronic transport. Oxford New York: Oxford University Press (2010). ISBN 978-0-19-953443-2 
• Nazarov, Yuli. Quantum transport : introduction to nanoscience. Cambridge New York: Cambridge University Press (2009). ISBN 978-0-521-83246-5 

• Fizikaportál • összefoglaló, színes tartalomajánló lap