Bei der Weiterentwicklung von Nanosystemen stellt sich den Wissenschaftlern immer wieder ein Problem in den Weg: Viele uns aus der normalen, makroskopischen Welt vertrauten Gesetze sind in der Nanowelt nicht gültig. Jetzt haben Münchener Physiker jedoch in der Online-Ausgabe der „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS) eine Methode vorgestellt, mit der sie das Verhalten elektrochemischer Nanosysteme berechnen können. Eines der Ergebnisse: Rauschen macht Nanoelektroden schneller.
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In der uns vertrauten Welt scheinen chemische Reaktionen kontinuierlich abzulaufen. Betrachtet man nur wenige Nanometer große Elektroden, so kommt aber plötzlich der Zufall ins Spiel: Abhängig von der zufälligen Bewegung der Moleküle in der Umgebung, findet an der einen Elektrode gerade eine Reaktion statt, an der anderen erst kurze Zeit später. Den genauen Zeitpunkt, an dem sich eine Reaktion ereignet, kann man nicht vorhersagen. Der kontinuierliche Stromfluss kommt ins Stottern.
Neues Berechnungsmodell
Modelle, die makroskopische Situationen akkurat beschreiben, sind auf der Nanoskala nicht mehr anwendbar und neue Beschreibungen müssen gefunden werden. Professorin Katharina Krischer und Vladimir Garcia-Morales aus dem Physik-Department der Technischen Universität München (TUM) haben nun ein Berechnungsmodell entwickelt, mit dem diese Reaktionen simuliert werden können.
Molekulares Rauschen
Bei ihren Untersuchungen stießen die Wissenschaftler auf einen überraschenden Effekt: Auf isolierten Nanoelektroden laufen alle elektrochemischen Reaktionen schneller ab, als auf makroskopischen Elektroden.
Dank ihrer neuen Berechnungsmodelle konnten sie auch klären, wie dieser Effekt zustande kommt: Die Zufälligkeit des Auftretens einer elektrochemischen Reaktion bedingt molekulares Rauschen. Entgegen unserer Alltagserfahrung, nach der das Rauschen eher störend ist, spielt es an Nanoelektroden offenbar eine konstruktive Rolle.
(idw – Technische Universität München, 12.03.2010 – DLO)
