Wissenschaftler haben eine Oberfläche mit Millionen von nanometergroßen Schaltern geschaffen. Diese Schalter aus Porphyrin-Molekülen lassen sich mit Hilfe eines Rastertunnel-Mikroskops einzeln aktivieren. Damit ist ein weiterer wichtiger Schritt bei der Entwicklung funktionaler, adressierbarer supramolekularer Strukturen gelungen. Die Wissenschaftler berichten über ihre Ergebnisse in der aktuellen Ausgabe des internationalen Wissenschaftsjournals „Angewandte Chemie“.
{1l}
Sie haben damit einen entscheidenden Grundstein gelegt, um technische Funktionen wie Datenspeicher durch schnelle und kostengünstige Selbstorganisation von Molekülen zu kreieren. Die hier gezeigten Strukturen sind bereits völlig wasserfrei und eignen sich daher besonders für technische Anwendungen.
Bei den Untersuchungen hat das Team des Nationalen Forschungsschwerpunkts Nanowissenschaften am Swiss Nanoscience Institute (SNI) um François Diederich, Hannes Spillmann und Thomas Jung zunächst Versuchsbedingungen geschaffen, damit sich Porphyrin-Moleküle selbst zu einem Netzwerk anordnen. Dabei bilden sich Poren aus jeweils sechs Molekülen. Weitere Porphyrin-Moleküle ordnen sich auf diesen Poren an. Je nach Temperatur verhalten sich die aufliegenden Porphyrine recht unterschiedlich. Bei 110 K (-160°C) befinden sie sich in einer von drei deutlich unterscheidbaren Positionen.
Wird die Temperatur erhöht, springen sie zufällig zwischen diesen drei Positionen hin und her. Bei Raumtemperatur geschieht dies so schnell, dass sie frei zu rotieren scheinen. Bei Temperaturen unter -160°C lassen sich die Moleküle mit Hilfe eines Rastertunnel-Mikroskops ganz gezielt in eine andere Position bringen und können so als supramolekulare Schalter dienen.
Selbstorganisation von Molekülen im Mittelpunkt
Den Wissenschaftlern der Universität Basel, des Paul Scherrer Instituts (Villigen) und der ETH Zürich geht es bei ihren Untersuchungen vor allem darum, die Prinzipien der Selbstorganisation von Molekülen auf verschiedene adressierbare supramolekulare Strukturen zu erweitern und damit Grundlagen für technische Anwendungen zu erarbeiten. Ihre Forschung basiert auf Arbeiten von Professor Jean-Marie Lehn, der in den 1980er-Jahren die ersten supramolekularen Strukturen herstellte und dafür 1987 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde.
Die Forscherteams aus Basel, Villigen und Zürich haben mit ihren Arbeiten eine gut definierte Anordnung supramolekularer Strukturen geschaffen, die sich individuell ansprechen lassen.
Die Wissenschaftler des SNI haben bereits andere supramolekulare Strukturen vorgestellt. So veröffentlichten sie kürzlich Publikationen über winzige Porphyrin-Zahnräder in einem Perylen-Netzwerk und über ein Porphyrin-Netzwerk, das mit Kohlenstoff-Fußballmolekülen verschiedener Grösse interagiert. „Alle diese Arbeiten tragen dazu bei, in Zukunft Datenspeicher, optische, chemische und logische Schaltelemente an Oberflächen kostengünstig in kleinsten Dimensionen herzustellen“, kommentiert Thomas Jung die Arbeiten seines Teams.
(idw – Universität Basel, 30.05.2007 – DLO)
