Forschern ist es erstmals gelungen, aus einzelnen Molekülen elektronische Bauelemente herzustellen und diese zum Leuchten anzuregen. Sie leisten damit einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung von neuen optoelektronischen Bauelementen auf der Basis von einzelnen Molekülen, schreibt die Fachzeitschrift „Nature Nanotechnology“ in ihrer aktuellen Online-Ausgabe.
In der Optoelektronik wird nach Verfahren und Produkten geforscht, die die Umwandlung von elektronisch erzeugten Daten und Energien in Lichtemission und umgekehrt ermöglichen.
„Molekulare Taschenlampe“
Die Forscherteams um den Chemiker Professor Marcel Mayor von der Universität Basel und dem Karlsruher Institut für Technologie sowie den Physiker Ralph Krupke – Karlsruher Institut für Technologie – haben die „molekulare Taschenlampe“ gebaut, indem sie maßgeschneiderte Moleküle mit Leuchtkern und winzige Elektroden aus Kohlenstoff-Nanoröhren entwickelten.
Durch ein spezielles Verfahren konnten die Moleküle zwischen die Nanoröhren-Elektroden platziert und elektrisch angesteuert werden. Als Nachweis der molekularen Elektrolumineszenz dient der spektroskopische Fingerabdruck des Moleküls.
Bottom-up- und Top-down-Strukturen
Die Herausforderung für die Wissenschaftler bestand darin, so genannte Bottom-up-Strukturen (Moleküle) in Top-down-Strukturen (Elektroden) zu integrieren und die kritischen Abmessungen zu beherrschen. Dabei galt es, die elektronischen und optischen Eigenschaften von Molekülen und Nanoröhren-Elektroden aufeinander abzustimmen, um Ladungstransport und Lichtemission zu ermöglichen.
Für ausreichende Stabilität der Kontakt zwischen den Nanoröhren und Moleküle sorgten nach Angaben der Forscher spezielle Ankergruppen an den Enden der Moleküle. Legt man an einen solchen Kontakt eine Spannung von einigen Volt an, so fängt das Molekül zu leuchten an. In einem empfindlichen Mikroskopaufbau ist es den Wissenschaftlern gelungen, dieses Licht zu detektieren und nachzuweisen, dass es aus dem Kern des Moleküls emittiert wird.
Molekulare Elektronik
Die molekulare Elektronik zielt auf das grundlegende Verständnis von Ladungstransport durch Moleküle ab. Sie sucht nach Möglichkeiten von molekularen Schaltkreisen für leistungsfähige und energieeffiziente Computer.
In der aktuellen Studie konnten die Wissenschaftler nun nachweisen, dass einzelne, fest verdrahtete Moleküle elektrisch zum Leuchten angeregt werden können. Durch diese für die Grundlagenforschung wichtige Erkenntnis wird die Vision der molekularen Elektronik um eine optoelektronische Komponente erweitert.
(Universität Basel, 02.12.2010 – DLO)
