Metallofullerene, Fußball-förmige Kohlenstoff-„Käfige“ mit eingeschlossenen Metallverbindungen, könnten zukünftig vielleicht als Nano-Datenspeicher fungieren. Eine jetzt in der Fachzeitchrift „Physical Review B“ veröffentlichte Studie zeigt, dass die Ffullerene geordnete Strukturen mit unterschiedlichen Orientierungen ausbilden. Durch gezielte Manipulation dieser Orientierungen könnten Daten gespeichert und wieder ausgelesen werden.
Kohlenstoff existiert in unterschiedliche Formen: als Diamant, als Graphit, als Nanoröhrchen – und auch als so genannte Fullerene. In die kugelförmige Struktur dieser „Käfige“ – der bekannteste Vertreter mit 60 Kohlenstoffatomen besitzt exakt die Form eines herkömmlichen Fussballs – lassen sich Metallverbindungen einschließen. Es enstehen Metallofullerene mit einzigartigen elektronischen
Eigenschaften, die sie für die IT- Industrie beispielsweise als „Nano“- Datenspeicher interessant machen.
Kohlenstoff-Fußbälle mit Metall-Inhalt
Zusammen mit Kollegen der Universität Zürich, des Paul Scherrer Instituts sowie des Leibniz-Instituts in Dresden haben Forscher der Empa – Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt solche Metallofullerene untersucht. Bei den analysierten Molekülen umschließt die Struktur aus 80 Kohlenstoffatomen ein Trimetallnidrid , eine Verbindung aus einem Stickstoffatom und drei Metallatomen. Als Metall wurde Dysprosium aus der Gruppe der Lanthanoide verwendet. Solche endohedralen Komplexe lassen sich nicht mit allen Metallen des Periodensystems bilden; mit den Lanthanoiden ist dies möglich.
Anordnung ermöglicht Schalterfunktion
Die Forscher brachten für ihre Untersuchungen eine hauchdünne Einzelschicht der Metallofullerene auf einer Kupferunterlage auf. Dann beobachteten sie mit dem Rastertunnelmikroskop und mittels Photoelektronenbeugung an der „Swiss Light Source“ (SLS), der Synchrotronquelle des Paul Scherrer Instituts, wie sich die Metallofullerene auf der Unterlage ordnen.
Die Untersuchungen zeigten dabei unter anderem, dass die eingeschlossene Metallverbindung die Unterlage „spürt“ und entsprechend die passenden Orientierungen annimmt. Es entstanden geordnete Inseln identisch orientierter Fulleren-Moleküle. Die eingeschlossenen Metallverbindungen jedoch wiesen dabei verschiedene Orientierungen auf. Könnte nun durch externe Stimuli – analog einem Schalter – eine Orientierung in eine andere umgekippt werden, wäre dies ein Grundmechanismus für die Datenspeicherung.
(Empa – Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt, 28.08.2009 – NPO)
