Einem internationalen Wissenschaftlerteam ist es erstmals gelungen, einzelne Polymere von einer Goldoberfläche hochzuziehen als seien es Ketten und dabei ihre elektrischen und mechanischen Eigenschaften zu bestimmen. Wie die Forscher in „Science“ berichten, kontaktierten sie bei dem Verfahren ein Ende einer Polymerkette mit einer Metallspitze und ließen somit während des Hochziehens elektrischen Strom über außergewöhnlich große Distanzen durch einzelne molekulare Drähte fließen.
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Schaltkreise auf der Nanometer-Skala
Eine zentrale Vision der Nanotechnologie besteht im Aufbau elektronischer Schaltkreise auf der Nanometer-Skala. Ein Nanometer entspricht dabei einem Milliardstel Meter. Die Entwicklung solcher faszinierender Bauteile, die eine Vielzahl von Anwendungen auf völlig neue Grundlagen stellen würden, erfordert molekulare „Kabel“ und ein grundlegendes Verständnis des elektrischen Transports durch solch kleine Drähte.
Dafür ist es notwendig, elektrischen Strom durch einzelne molekulare Drähte zu leiten, die an zwei Elektroden kontaktiert werden, und für verschiedene Drahtlängen zu charakterisieren. Bisher konnten nur relativ kurze Drähte mit einer festgelegten Länge untersucht werden, wobei ein Großteil der Studien auf statistischen Messungen basiert, die keine exakte Charakterisierung eines einzelnen Drahtes erlauben.
Um die molekularen Drähte herzustellen, wurden nun in der neuen Studie der Forscher um Leonhard Grill, Stefan Hecht und Christian Joachim von der Freien Universität Berlin, der Humboldt-Universität zu Berlin und dem Institut CEMES in Toulouse einzelne Moleküle auf einer Goldoberfläche zu einer Polymerkette verknüpft. Nach der Kontaktierung an einem Ende verblieb das andere Ende auf einer Metalloberfläche, und der Abstand zwischen den beiden Elektroden – Spitze und Oberfläche – wurde beim Hochziehen kontinuierlich und gezielt variiert.
Bald neue Anwendungen in der Nanotechnologie?
Dadurch ließ sich der Ladungstransfer durch ein einzelnes Polymer zum ersten Mal für verschiedene Längen bis zu mehr als 20 Nanometer messen. Neben den elektrischen Eigenschaften geben diese Experimente auch einen Einblick in das mechanische Verhalten einzelner Polymere, die sich wie Ketten verhalten, da ein Glied nach dem anderen während des Hochziehens von der Oberfläche gelöst wird.
Der elektrische Transport auf der Ebene einzelner molekularer Drähte ist von großer Bedeutung für jede elektronische Anwendung in der molekularen Nanotechnologie. In den Experimenten konnten die Physiker und Chemiker erstmals die Abhängigkeit der Leitfähigkeit von der Länge eines solchen Drahtes und darüber hinaus dessen mechanische Eigenschaften charakterisieren. In Zukunft könnten sich nach Einschätzung der Wissenschaftler auf diese Weise molekulare Drähte hinsichtlich ihrer Eignung für Anwendungen optimieren lassen.
(idw – Freie Universität Berlin, 02.03.2009 – DLO)
