Zusammenfassung und Ausblick

Ziel dieser Arbeit war die Strukturierung dünner Schichten aus ferromagnetischen Materialien mit einem S-layer-Protein als Maske. Dazu wurden zuerst S-layer Stücke des Bakteriums Deinococcus Radiodurans auf einen Si-Wafer aufgebracht, darauf eine 2,5nm dünne Schicht eines ferromagnetischen Metalls aufgesputtert und die Oberfläche schließlich mit Argonionen geätzt. Die Probenoberflächen wurden mit einem Rasterelektronenmikroskop und einem Kraftmikroskop untersucht. Für die verwendeten Metalle Kobalt (Co), Eisen (Fe), Eisen-Kobalt (Fe$_{50}$Co$_{50}$), Kobalt-Nickel (Co$_{43}$Ni$_{57}$), Permalloy (Ni$_{81}$Fe$_{19}$) und Titan (Ti) wurden bei geeigneten Ätzparametern Nanostrukturen gefunden. Die Metallschicht hat jeweils die hexagonale Struktur des darunterliegenden S-layers angenommen, d.h. es wurden 10nm große Punkte hergestellt, die in einer hexagonalen Struktur mit einer Gitterkonstante von $a=b=18$nm angeordnet sind.

Die kinetische Energie der Argonionen, die Argonionendichte und die Dauer des Ätzprozesses sind die wesentlichen Parameter des Argonionenätzens. Sie bestimmen den Erfolg oder Mißerfolg der Nanostrukturierung. Für alle Metalle konnten jeweils die Parameterbereiche abgesteckt werden, in denen eine Strukturierung gelingt. Während die Bereiche für Co und FeCo sehr groß sind, erfolgt die Strukturierung von Fe und Ti nur in einem eng begrenzten Parameterbereich.

Mit der Strukturierung von Ti wurde an die Untersuchungen von Moore et al. [44] angeknüpft. Im Gegensatz zu ihren Ergebnissen ist es in dieser Arbeit erstmals gelungen, ferromagnetische Metalle wie Co und Fe zu strukturieren. Vor allem eine größere Schichtdicke und die Anpassung der Ätzparameter an das jeweilige Metall brachten den gewünschten Erfolg.

Nachdem die Herstellung der Nanostrukturen gelungen war, wurden Messungen des magneto-optischen Kerr-Effekts (MOKE) durchgeführt, um die magnetischen Eigenschaften der strukturierten Oberfläche zu bestimmen. Da die S-layer nur in etwa $1\times 1\,\mu$m großen Stücken vorlagen, die kleinste zu untersuchende Fläche in den MOKE Apparaturen aber 25 mal so groß ist, wurde kein magneto-optischer Kerr-Effekt der strukturierten Fläche gemessen.

Daher sind für die Zukunft Strukturierungen mit großflächig aufwachsenden S-layern geplant. 1996 haben Pum und Sleytr gezeigt, daß es möglich ist, S-layer großflächig auf Si-Wafern aufwachsen zu lassen [48]. An großenflächig nanostrukturierten Schichten aus ferromagnetischen Materialien wären neben MOKE Messungen auch Leitfähigkeitsmessungen möglich. Auch die Nanostrukturierung supraleitender Materialien ist zur Untersuchung von Proximity-Effekten [36] von Interesse.

Die verwendeten physikalischen Techniken sind erprobt und sowohl das Sputtern als auch das Argonionenätzen dauert nur wenige Minuten. Dadurch ist diese Strukturierungstechnik für industrielle Anwendungen interessant. Wenn es möglich ist, jeden ,,Punkt`` einzeln zu magnetisieren und damit ein Bit pro Punkt zu speichern, hätte die Oberfläche eine Speicherdichte von über 1600Gbit/in$^2$. Heutige Festplatten haben im Gegensatz dazu ein Speicherdichte von maximal 50Gbit/in$^2$ [14]. Der Weg zu solch einer ,,quantum magnetic disk`` [16] mit einer Speicherdichte von über 1Tbit/in$^2$ ist aber noch sehr weit. Untersuchungen der magnetischen Eigenschaften der hergestellten Nanostrukturen sind dabei in Zukunft besonders wichtig.