Atomkerne und Elektronen überraschen Forscher

Ein internationales Forscherteam hat gezeigt, dass sich beim Stromfluss durch Moleküle deren Atomkerne und Elektronen nicht unabhängig, sondern gekoppelt bewegen. Die Wissenschaftler berichten über ihre neuen Ergebnisse zur Molekularelektronik in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Nature Physics“.

Elektronische Geräte wie Computer, Handy und Co. werden immer kleiner und effizienter. Großen Anteil an dieser Entwicklung hatte bislang die Mikroelektronik. Um technologische Grenzen der Miniaturisierung zu überwinden, erforscht man Alternativen zur herkömmlichen Halbleiterelektronik.

Molekulare Drähte im Visier

Eine Option ist die Molekularelektronik, bei der elektronische Schaltungen künftig direkt aus einzelnen, leitfähigen Molekülen verdrahtet werden sollen. Solche molekularen Drähte untersucht der Experimentalphysiker Professor Jascha Repp von der Universität Regensburg zusammen mit Kollegen des IBM Research – Zurich.

Jetzt haben die Wissenschaftler in bestimmten molekularen Drähten Anzeichen für eine Kopplung der Bewegung von Atomkernen und der Bewegung von Elektronen beobachtet. Bisher ging man davon aus, dass sie sich unabhängig voneinander bewegen. Das Forscherteam um Repp konnte dagegen zeigen, dass sie gekoppelt sind und diese Kopplung auch deutlich in Erscheinung tritt.

Eine kleine Stahlkammer ist „Arbeitsmittelpunkt“ von Professor Jascha Repp an der Universität Regensburg. Mit dem darin im Ultrahochvakuum installierten Rastertunnel-Mikroskop konnte er nachweisen, dass sich beim Stromfluss durch Moleküle deren Atomkerne und Elektronen nicht unabhängig, sondern gekoppelt bewegen. © Elisabeth von Pölnitz-Eisfeld / VolkswagenStiftung

Auf dem Weg zur Elektronik der Zukunft

Doch worin liegt nun das Potenzial dieser Entdeckung? In der Mikroelektronik werden Elektronen durch Halbleiterstrukturen geschickt, die sich zwar bereits im Nanometerbereich befinden, bezogen auf atomare Maßstäbe jedoch immer noch sehr groß sind. Hier ist die Kopplung der Elektronen an die Kernbewegung naturgemäß relativ schwach ausgeprägt.

In der molekularen Elektronik dagegen fällt diese viel größer aus. Aus Sicht der konventionellen Elektronik ist dies ein Nachteil, führt es doch zu einer unerwünschten Erwärmung des Bauteils. Doch die Elektronik der Zukunft wird den Forschern zufolge möglicherweise nicht aus herkömmlichen Transistor-Bauelementen aufgebaut sein, sondern auf völlig anderen Mechanismen basieren.

Viele neuen Möglichkeiten

Insofern eröffnet die beobachtete Kopplung die Möglichkeit zu gänzlich neuer Funktionalität, bei der mechanische Bewegung in Molekülen eine Rolle spielen könnte, schreiben die Physiker in Nature Physics.

(idw – VolkswagenStiftung, 21.10.2010 – DLO)