Lichtenberg-Professor Jascha Repp zeigt, dass man Moleküle miteinander
"verdrahten" kann. Die Ergebnisse wurden in Science veröffentlicht.
Auf der Suche nach immer kleineren und effizienteren Computern und
anderen elektronischen Geräten greifen die Wissenschaftlern nach neuen
Komponenten: Moleküle als Bauteile - Schalter, Speicherelemente, Dioden
oder Transistoren - könnten die Elektronik in neue Dimensionen
befördern. Hat ein Silizium basierter Transistor derzeit eine
Seitenlänge von 90 Nanometern, würde man mit Molekülen Größenordnungen
von nur noch wenigen Nanometern - das sind Millionstel Millimeter -
erreichen. Für einzelne Moleküle ist das bereits umgesetzt, doch
komplexe molekulare Systeme waren bisher nicht realisierbar. Dies könnte
sich bald ändern:
Molekül-Schaltung
Illustration: Jascha Repp, Uni Regensburg
Wissenschaftlern des IBM Research Laboratory
in Zürich und der Universität Regensburg gelang es jetzt, bestimmte
Moleküle in einem Rastertunnelmikroskop als Schalter zu benutzen und
miteinander zu "verdrahten". Mit im Team: Dr. Jascha Repp, der im März
dieses Jahres eine Lichtenberg-Professur an der Uni Regensburg antrat.
Finanziert wird die Professur von der VolkswagenStiftung mit rund 1,5
Millionen Euro. Die Ergebnisse sind veröffentlicht in der
Science-Ausgabe vom 31. August 2007.
Der Mechanismus der bisher bekannten molekularen Schalter basiert
meist auf drastischen mechanischen Verformungen. Das heißt: Die
Struktur des Moleküls verändert sich auch nach außen so sehr, dass
eine Kopplung mit weiteren Elementen unmöglich wird. Anders bei dem
Ansatz von Liljeroth, Repp und Meyer. Sie verwendeten
Naphthalocyanin-Moleküle, organische Farbstoffmoleküle, die sich durch
zwei Wasserstoffatome im Innern eines ringförmigen Moleküls
auszeichnen. Diese Wasserstoffatome konnten die Forscher durch
kleinste Stromstöße in ihrer Position verändern. Mit der
Positionsverlagerung ging eine Veränderung der Leitfähigkeit des
Moleküls einher. Das Besondere daran: Das Umschalten führt zu
keinerlei Bewegung an der Peripherie des Moleküls, da die
Wasserstoffatome, die für die Schaltstellung entscheidend sind, sich
in einem geschützten Hohlraum befinden.
Nun waren die Voraussetzungen für eine Kopplung mehrerer Schalter
gegeben. In einem weiteren Experiment zeigten die Physiker den ersten
Schritt dazu, indem sie mehrere Moleküle mit Hilfe des
Rastertunnelmikroskops aneinander schoben. Durch Strompulse in ein
Molekül konnten sie dann ein benachbartes Molekül schalten - ein
erster Schritt auf dem Weg zu komplexeren elektronischen Schaltungen.
Der gefundene Mechanismus funktioniert für eine ganze Klasse von
ähnlich gebauten Molekülen und bildet damit die Grundlage für eine
Reihe von möglichen molekularen Schaltern der Zukunft.