Ein kurzes organisches Molekül der Größenordnung von nur einem Nanometer hat für Überraschung unter Nanoforschern gesorgt. Amerikanische Wissenschaftler haben entdeckt, dass das „Nanokabel“ Elektronen nicht leitet wie normale Kabel. Die Geschwindigkeit der hindurch fließenden Elektronen verändert sich unberechenbar anstatt wie erwartet mit der Länge des Kabels. Diese Entdeckung könnte Forschern dabei helfen, neue Leiter für die Nanoschaltkreise der Zukunft zu erzeugen.
“Das ist ein sehr unerwartetes und einzigartiges Ergebnis”, erklärt John Smalley, Chemiker und Gastwissenschaftler am amerikanischen Brookhaven National Laboratory. Das leitende Kettenmolekül oder „Nanokabel“, das Smalley und seine Mitarbeiter untersucht haben, besteht aus Einheiten von Phenyleneethynylen (PE), einem aus Wasserstoff und Kohlenstoff aufgebauten Molekül. Wie die Glieder einer Kette sind sie über einfache, doppelte und dreifache Kohlenstoffbindungen zu Oligophenyleneethynylen (OPE) verbunden.
Die Doppel- und Dreifachbindungen fördern die Leitfähigkeit des Kettenmoleküls und setzen den Widerstand herab. Daher gelten die „Nanokabel“ als viel versprechende Kandidaten für nanoelektrische Schaltkreise. Als die Wissenschaftler die OPE-Kabel auf vier PE Einheiten verlängerten, stellten sie fest, dass die Elektronen sich erst verlangsamten, um anschließend wieder schneller zu fließen. Mit dieser mehrfach wechselnden Geschwindigkeit unterscheidet sich der OPE-Leiter deutlich von anderen bisher untersuchten, bei denen die Elektronengeschwindigkeit gleich blieb.
Die Wissenschaftler nehmen an, dass das ungewöhnliche Verhalten des neuen Nanokabels mit dessen Fähigkeit zur Veränderung der dreidimensionalen Struktur zusammenhängt. Wird das Kabel verlängert, könnten neue Formen entstehen, die die Elektronen in ihrem Fluss verlangsamen oder aber beschleunigen.
Dieser variable Widerstand könnte sich jedoch als Vorteil erweisen: „Wenn das seltsame Verhalten auf der Variabilität in der Konformation der OPE-Kabel beruht, könnten wir versuchen, diese Formänderungen gezielt zu nutzen“, erklärt Smalley. „Dioden und Transistoren sind beispielsweise zwei Arten von Systemen, die auf einem variablen elektrischen Widerstand beruhen.“
Und noch eine wichtige Entdeckung gelang den Forschern: Sie konnten die Flussrate der Elektronen dramatisch steigern, wenn sie eine Methylgruppe an die mittlere Einheit einer dreiteiligen OPE-Kabels anlagerten. „Weil OPE auf diese Substitution reagiert, hoffen wir, eine andere Hydrokarbongruppe zu finden, die die Geschwindigkeit der Elektronen noch weiter erhöht und damit auch die Leitfähigkeit des Kabels“, hofft Smalley.
(Brookhaven National Laboratory, 19.10.2004 – NPO)
