Mesoskopisk fysikk

Mesoskopisk fysikk (fra gresk meso – mellom) betegner fysikk på lengdeskalaer som ligger mellom mikroskopisk- og makroskopisk fysikk. Dette sammenfaller i stor grad med nanometerområdet, dvs. 0.1 nm – 100 nm, selv om det er metoden som brukes, ikke lengeskalaen i seg seg selv, som bestemmer om noe er mesoskopisk fysikk.

Mesoskopisk fysikk opererer med begreper fra flere ulike deler av fysikken, slik som mekanikk, elektromagnetisme, statistisk fysikk og kvantemekanikk. Elektriske egenskaper er som regel i sentrum og basismaterialet er dermed ofte halvledere, hvor de elektriske egenskapene kan skreddersys. Metaller, isolatorer og superledere brukes der det er behov. Noen mesoskopiske systemer er mekaniske eller de opererer både elektrisk og mekanisk, slik som en molekylær skyttel.

Teori

Mesoskopisk fysikk bruker vekselvis metoder og modeller fra makroskopisk – og mikroskopisk fysikk. I likhet med makroskopisk fysikk er som regel antallet partikler stort slik at temperatur og entropi er meningsfulle størrelser og man kan operere med statistiske middelverdier av masse, ladning og elektrisk strøm. I likhet med mikroskopisk fysikk oppleves ofte kvantisering av fysisk størrelser, f.eks. kvanteprikker, kvanteledninger og kvantiserte punktkontakter.

Eksperimentelle metoder

De eksperimentelle metodene for mesoskopisk fysikk kan røft deles i to grupper: de som fabrikkerer mesosystemer og de som karakteriserer systemene. Metodene for fabrikkering er ofte modifiserte utgaver av standardmetoder i mikroteknologi og halvlederenhetfabrikkasjon.

Metoder for å lage mesosystemer og mesostrukturer

• Litografiteknikker, slik som optisk litografi, elektronstrålelitografi, ultrafiolett litografi, ekstrem ultrafiolett litografi og imprint litografi
• Epitaksi
• Ioneimplantasjon
• Oksidasjon
• Etsing, som deles i våt- og tørr etsing

Metoder for å karakterisere mesosystemer

• Måling av strøm, spenning og motstand
• Hallprober
• Skanning probemikroskoper, slik som atomkraftmikroskop og skanning tunelleringsmikroskop
• Spredning av stråling mot prøven, slik som lysspredning, røntgenstrålespredning og nøytronstrålespredning
• SIMS