Nur viereinhalb Nanometer groß sind die Buchstaben des Schriftzugs „TUC“, kurz für Technische Universität Chemnitz, die Physiker aus einzelnen Zinnatomen auf einer Silber-Oberfläche geformt haben. Gebildet wurden sie mit Hilfe eines Raster-Tunnelmikroskops aus Zinn-Phthalocyanin-Molekülen.
Die Fähigkeit zur gezielten Manipulation von Atomen ist eine der wichtigsten Voraussetzungen für die Nanotechnologie, beispielweise für die Konstruktion von maßgeschneiderten Bauteilen. Schon 1980 erregten Forscher des Computerherstellers IBM Aufsehen, als sie das Logo ihres Unternehmens aus 35 einzelnen Xenonatomen „schrieben“. Jetzt haben auch Wissenschaftler der Technische Universität Chemnitz auf ähnliche Weise mnit Atomen „herumgespielt“.
Zinn-Phthalocyanin-Moleküle als Schalter
„Mit so kleinen Buchstaben ist TUC wohl noch nie geschrieben worden“, vermutet Professor Michael Hietschold, Professor für Analytik an Festkörperoberflächen an der Chemnitzer Universität. Gemeinsam mit seinem Doktoranden Marius Toader hat er eine Schrift entwickelt, deren Pixel aus einzelnen Zinn-Atomen bestehen, die sich im Zentrum von Zinn-Phthalocyanin-Molekülen befinden.
„Diese Moleküle stellen winzige Schalter dar, denn mit der Spitze eines Raster-Tunnel-Mikroskops können die aus der Molekülebene nach oben zeigenden und in der Abbildung besonders hell erscheinenden Zinn- Atome einzeln nach unten sozusagen weggeschaltet werden, wobei sich das gesamte Molekül wie ein Regenschirm im Wind umstülpt“, erklärt Hietschold. „Auf der
Oberfläche eines Silberkristalls findet man zunächst ein schachbrettartiges Muster alternierend mit dem zentralen Zinn-Atom nach oben und unten zeigender Zinn-Phthalocyanin-Moleküle vor.“
0,13 Nanometer dick, 4,5 Nanometer groß
Die einzelnen Buchstaben haben eine Ausdehnung von nur 4,5 mal 4,5 Nanometer; der ganze Schriftzug „TUC“ ist also nicht länger als 18 Nanometer, und die hellen Zinnatome ragen dabei nur 0,13 Nanometer in die Höhe. Ein Nanometer ist das Millionstel eines Millimeters. Zum Lesen braucht es deshalb mehr als eine Lupe – die Abbildungen werden im Labor der Chemnitzer Physiker mit einem Raster-Tunnelmikroskop im Ultrahoch-Vakuum bei einer Temperatur von etwa minus 240 Grad Celsius erzeugt. Der Schreibprozess nimmt nur wenige Minuten in Anspruch.
Eigentlicher Schwerpunkt der Arbeitsgruppe sind allerdings weniger solche Schreibereien, sondern vielmehr die Untersuchung von einzelnen Molekülen und ihren Wechselwirkungen mit bestimmten Oberflächen – etwa Kristallen aus Silber, Gold oder Graphit . Der miniaturisierte Schriftzug ist im Rahmen der Promotion von Toader entstanden, in der er die Grenzflächen zwischen organischen und anorganischen Materialien mit Hilfe der Raster-Tunnel-Mikroskopie und -Spektroskopie untersucht.
(Technische Universität Chemnitz, 21.07.2010 – NPO)
