Nano-Schaltmatrix aus einzelnen Molekülen
Berliner Forschern gelingt Fortschritt auf dem Weg zu molekularer Elektronik
Nr. 283/2008 vom 25.09.2008
Wissenschaftlern der Freien Universität Berlin und der Humboldt-Universität zu Berlin ist ein bedeutsamer Fortschritt in der Nanoforschung gelungen. Die Gruppen um den österreichischen Experimentalphysiker Leonhard Grill und den Chemiker Stefan Hecht haben erstmals gezeigt, wie die Schalteffizienz von einzelnen Molekülen auf einer Oberfläche durch ihre Position gezielt variierten werden kann. Dadurch lassen sich periodische Anordnungen von schaltbaren Molekülen mit einem Gitterabstand von nur drei Nanometern aufbauen, da sich der Ort des Schaltvorgangs präzise kontrollieren lässt. Dieser Abstand ist etwa 100.000 mal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift „Nature Nanotechnology“ veröffentlicht.
Den Forscherteams um die Wissenschaftler Leonhard Grill und Stefan Hecht ist es nun gelungen, einen völlig neuen Lösungsansatz für dieses zentrale Problem zu entwickeln. Hierzu wurden maßgeschneiderte Schaltermoleküle synthetisiert und bezüglich ihrer Fähigkeit untersucht, auf einer Metalloberfläche zwischen zwei Zuständen (“an“ und “aus“) hin- und her zuschalten. Bereits in früheren Arbeiten konnte das Team zeigen, dass solche Schaltermoleküle reversibel betrieben, also an- und wieder ausgeschaltet werden können. Nun wurden die Moleküle durch das Anbringen chemischer Gruppen auf eine Weise modifiziert, dass sich der Ort des Schaltvorgangs präzise kontrollieren ließ. Es ergab sich ein periodisches Muster, eine Art “Nano-Schaltmatrix“, auf der durch Anlegen von Spannungspulsen örtlich kontrollierbare reversible Schaltvorgänge innerhalb von selbstorganisierten molekularen Schichten möglich sind. Diese Schaltvorgänge ähneln den wiederholbaren Schreib- und Löschvorgängen in konventionellen Speichermedien, jedoch erfolgen diese in einer wesentlich kleineren Dimension.
Dank der fruchtbaren Zusammenarbeit von Oberflächenphysik und organischer Synthesechemie konnte in dieser Arbeit ein detailliertes Verständnis von molekularen Schaltprozessen an Metalloberflächen gewonnen werden. Die Ergebnisse erlauben es, die Schaltprozesse mit bisher unerreichter Präzision zu kontrollieren. Zwar sind die Ergebnisse der Grundlagenforschung zuzuordnen, doch skizzieren sie einen konzeptionell neuartigen Ansatz, molekulare Bauelemente individuell anzusteuern und damit die Möglichkeit, dass eine Molekulare Elektronik mit elektronischen Schaltkreisen auf der Nanometerskala eines Tages Wirklichkeit werden.
Artikel:
“Nature Nanotechnology“, November-Ausgabe, online bereits vom 14. September 2008 an
„Spatial periodicity in molecular switching“
Autoren: C. Dri, M. V. Peters, J. Schwarz, S. Hecht, L. Grill
doi: 10.1038/nnano.2008.269
Weitere Informationen
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Dr. Leonhard Grill
Institut für Experimentalphysik
Freie Universität Berlin
Tel.: (030) 8385-2805/6039
E-Mail: leonhard.grill@physik.fu-berlin.de
Prof. Stefan Hecht, Ph.D.
Institut für Chemie
Humboldt-Universität zu Berlin
Tel.: (030) 2093-7365
E-Mail: sh@chemie.hu-berlin.de