Schalten mit Molekülen

12. Juni 2018, 10:25 Uhr
Künstlerische Darstellung eines Schaltmoleküls (Bild: Yuxiang Gong / TÜM / Zeitschrift der American Chemical Society).
Künstlerische Darstellung eines Schaltmoleküls (Bild: Yuxiang Gong / TÜM / Zeitschrift der American Chemical Society).
Einem internationalen Team von Physikern der Technischen Universität München ist es gelungen, spezielle Moleküle durch Anlegen einer Spannung zwischen zwei verschiedenen Strukturen umzuschalten. Solche „Nanoschalter“ könnten die Grundlage einer neuen Art von Bauteilen sein, die nicht auf der Basis von Silizium, sondern auf organischen Molekülen beruhen.

Neue elektronische Technologien erfordern immer kleinere Funktionselemente. In München ist es gelungen, ein einzelnes Molekül als Schalter für optische Signale zu verwenden.

Andere Struktur – andere Eigenschaften

Das Team entwickelte zuerst eine Technik, die es ermöglicht, elektrischen Kontakt mit einem einzelnen Molekül herzustellen und dieses Molekül dann mit einer elektrischen Spannung anzusteuern. Bei einer Spannung von etwa 1 V ändert sich die Struktur des Moleküls: Es wird flach, leitend und streut das Licht.

Dieses von der Struktur abhängige wechselnde optische Verhalten des Moleküls ist für die Forscher sehr interessant, denn es kann nicht nur eine Lichtstreuung (Raman-Streuung) wahrgenommen werden, sondern auch gezielt ein- und ausgeschaltet werden.

Technische Herausforderung

Als Schalter verwendeten die Forscher Moleküle, die eigens von Forschern aus Basel und Karlsruhe synthetisiert wurden. Die Moleküle werden auf eine Metalloberfläche aufgebracht und der elektrische Kontakt durch die Spitze eines Glassplitters hergestellt, der mit einer sehr dünnen Metallschicht überzogen ist. Das Glasstück fungiert dabei sowohl als elektrischer Kontakt als auch als Lichtleiter. Je nach angelegter Spannung konnten die Forscher winzige spektroskopische Signale messen.

Es ist nicht einfach, elektrischen Kontakt mit einem einzelnen Molekül herzustellen, aber den Forschern gelang es, diese Technik erfolgreich bei einem einzigen Molekül mit der Spektrometrie zu vereinen.

Wettbewerb

Eines der Ziele der molekularen Elektronik ist es, neue Bauteile zu entwickeln und konventionelle Siliziumkomponenten durch integrierte und direkt steuerbare Moleküle zu ersetzen. Wegen der extrem kleinen Abmessungen ist dieses Nanosystem ideal für Anwendungen in der Optoelektronik, wo Licht mit elektrischen Spannungen geschaltet wird.

Der Forschungsbericht wurde im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.
 
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