Forschern ist es erstmals gelungen, molekulare Bausteine auf atomarer Ebene präzise miteinander zu verbinden. Sie verknüpften dazu Module der Größe von einem Nanometer, also einem Milliardstel Meter, chemisch so, als wären es Lego-Bausteine.
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Die Wissenschaftler der Freien Universität Berlin um den Experimentalphysiker Leonhard Grill berichten zusammen mit Chemikern der Humboldt-Universität Berlin und theoretischen Physikern der University of Liverpool in der Fachzeitschrift „Nature Nanotechnology“ über ihre Ergebnisse.
Die faszinierende Vision der Nanotechnologie besteht in der kontrollierten Anordnung von Materie auf der Nanometer-Skala – ein Nanometer = ein Milliardstel Meter. Den Forschern geht es darum, stabile Strukturen aus einzelnen molekularen Bausteinen in einer vorgegebenen Architektur auf atomarer Ebene zu bauen, etwa zu Schaltkreisen, Sensoren und Nanomaschinen. Wirtschaftlich bedeutsam sind solche Gebilde wegen deren geringer Größe. Bisher konnten jedoch keine Moleküle auf einer Oberfläche in solchen Netzwerken vorgegebener Struktur chemisch verknüpft werden.
Wenn Moleküle Beine bekommen
Um solche Nanostrukturen aufzubauen, werden Moleküle mit einer gewünschten Zahl symmetrisch angeordneter Seitengruppen – so genannte Beine – auf eine Oberfläche aufgebracht. Durch geschicktes Erwärmen können die Wissenschaftler dann einzelne Atome von den Seitengruppen kontrolliert abspalten, sodass Beine „aktiviert“ werden, das heißt chemisch reaktive Stellen am Molekül entstehen.
Anschließend verknüpfen sich die Moleküle auf der Oberfläche zu geordneten Strukturen mit definierter Form, wobei sich eine hohe Selektivität daraus ergibt, dass sie ausschließlich dann eine kovalente Bindung bilden wenn zwei „aktivierte“ Beine aufeinandertreffen. Durch gezieltes Design verschiedener molekularer Bausteine konnten die Forscher zeigen, wie sich die Form der erzeugten Strukturen exakt einstellen lässt.
Viele Anwendungsmöglichkeiten
Obwohl die neuen Ergebnisse der Grundlagenforschung zuzuordnen sind, könnten sie von großem Interesse für künftige Anwendungen sein, da die atomare Größenordnung einen enormen Fortschritt in der Miniaturisierung darstellt. Aus den geringen Abmessungen der molekularen Bausteine ergibt sich eine Dichte von mehr als 1013/Quadratzentimeter in einem solchen Netzwerk – das ist mehr als 10.000mal höher als die Dichte von Transistoren in integrierten Schaltkreisen oder Computerchips.
In Anwendungen könnten die einzelnen Moleküle in Zukunft mit Funktionen ausgestattet werden, um zum Beispiel als elektronische Schaltkreise oder Sensoren auf atomarer Skala zu arbeiten, so die Forscher.
(idw – Freie Universität Berlin, 30.10.2007 – DLO)
