Forscher haben eine neue Methode entwickelt, mit der man die atomare Struktur einzelner Metall-Nanoteilchen bestimmen kann. Dieses Wissen könnte einen Fortschritt in den Nano-Elektronik bedeuten.
Die winzigen Teilchen aus nur 6 bis 23 Vanadium-Atomen wurden mit Hilfe der so genannten Ferninfrarot-Spektroskopie untersucht: Je nach ihrer Größe entstehen unterschiedliche Spektren, also echte „Fingerabdrücke“ ihrer atomaren Struktur. Aus dem Vergleich mit Spektren, die mit der Dichtefunktional-Theorie errechnet werden, wurde anschließend die geometrische Struktur der Nanoteilchen bestimmt.
Kleine Metallpartikel gewinnen rasant an Bedeutung in der Nanotechnologie und Katalyse. Diese Nanoteilchen haben nur eine Größe von einigen wenigen bis einigen Hundert Atomen. Ihre Geometrie und Elektronenstruktur ist anders als die des Gesamtmaterials und sie können überraschende Eigenschaften aufweisen: So zeigen Gold-Nanopartikel katalytische Aktivität. Zudem können ihre Eigenschaften extrem von der Größe abhängen und sich bereits drastisch ändern, wenn man einem solchen Cluster nur ein einziges Atom hinzufügt. Ziel der Forschung ist es, solche Nanoteilchen in der Materialwissenschaft, der Nanoelektronik oder der Katalyse gezielt einsetzen zu können.
Schwierige Strukturbestimmungen
Heute ist die mikroskopische Struktur, also die Anordnung der Atome, in Festkörpern zumeist sehr detailliert bekannt. Die Kenntnis der Struktur ist wiederum eine elementare Voraussetzung, um die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Materialien verstehen und nutzen zu können. Hingegen ist die Situation bei Nanoteilchen aus dem gleichen Material komplett anders: Diese Partikel zeigen faszinierende Eigenschaften, doch ihre innere atomare Struktur zu bestimmen ist äußerst schwierig.
