In Zukunft könnten viele elektronische Bauteile aus nur noch wenigen Molekülen bestehen. Jetzt hat eine europaweiten Kooperation von Forschern erstmals einen Stromkreis aus nur zwei Molekülen konstruiert und dessen elektrische Eigenschaften untersucht. Wie sie in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ berichten, würde bei solchen Konstellationen vermutlich keine Gefahr eines molekularen Kurzschlusses bestehen.
Dank der ständig voranschreitenden Miniaturisierung elektrischer Bauteile wird die moderne Elektronik trotz schrumpfender Größen immer leistungsfähiger. Doch diese Entwicklung sind mit den konventionellen Methoden Grenzen gesetzt. Denn wenn die winzigen Strukturen im Nanometerbereich weiter verkleinert werden, treten Hürden auf, die durch die speziellen Eigenschaften solcher Teile bestimmt sind. Eine davon sind unerwünschte Stromlecks durch einander berührende Moleküle.
Mini-Stromkreis aus zwei Fullerenen
Wissenschaftler aus Deutschland, Frankreich, Spanien und Dänemark haben nun erstmals die elektrischen Eigenschaften von solchen Ministromkreisen aus nur zwei Molekülen untersucht. Die Wissenschaftler verwendeten dafür fußballförmige C60-Moleküle, so genannte Fullerene, die einen milliardstel Meter Durchmesser haben und aufgrund ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften großes Potenzial für technische Anwendungen in der Materialwissenschaft und der Nanotechnologie bergen.
Zunächst hoben die Wissenschaftler eines der Moleküle mit der Spitze eines Rastertunnelmikroskops an. Danach bewegten sie es mit einer Präzision von wenigen billiardstel Metern auf ein zweites Molekül zu. Während der Annäherung gelang es den Physikern, den elektrischen Stromfluss zwischen den beiden Molekülen zu messen. Das Verständnis dieses Stroms, der stark von dem Abstand zwischen den Molekülen abhängt, ist für zukünftige molekülbasierte Elektronik unabdingbar.
Keine große Gefahr von molekularen Kurzschlüssen
Die Untersuchung zeigt, dass die Leitfähigkeit zwischen den sich berührenden Molekülen hundertmal geringer ist als für ein einzelnes C60-Molekül. Es fließt daher nur ein schwacher Strom. Dieses Resultat ist extrem wichtig für neuartige Nanoelektronik, bei der Moleküle dicht gepackt angeordnet sein werden. Denn ungewollte Kurzschlüsse zwischen benachbarten Schaltkreisen könnten mit Hilfe der Moleküleigenschaften unter Kontrolle gebracht werden. Zusätzlich durchgeführte quantenmechanische Berechnungen stehen mit den experimentellen Resultaten im Einklang und sagen ebenfalls eine nur geringe Leitfähigkeit zwischen den Molekülen vorher.
Das neu gewonnene Verständnis des elektrischen Stromflusses auf der Nanometerskala ist ein wichtiger Schritt für die Entwicklung von molekularer Elektronik. Zudem eröffnet die von den Forschern vorgeführte extreme Präzision der Manipulation und Kontrolle von einzelnen Molekülen neue Wege zur Erforschung möglicher nanoelektronischer Bauteile.
(UniversitätKiel, 13.11.2009 – NPO)
