Forschergruppe an der Freien Universität gelingt
Anordnung winziger Bausteine.
Einer Forschergruppe an der Freien Universität Berlin um den
Experimentalphysiker Leonhard Grill ist es in Zusammenarbeit mit
Chemikern der Humboldt-Universität Berlin und theoretischen Physikern
der University of Liverpool erstmals gelungen, molekulare Bausteine auf
atomarer Ebene präzise miteinander zu verbinden. Die Wissenschaftler
verknüpften Module der Größe von einem Nanometer, also einem
Milliardstel Meter, chemisch so miteinander, als wären es Lego-Bausteine.
Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift "Nature Nanotechnology"
veröffentlicht.
Die faszinierende Vision der Nanotechnologie besteht in der
kontrollierten Anordnung von Materie auf der Nanometer-Skala (1 nm = 1
Milliardstel Meter). Eine zentrale Idee besteht darin, 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.
Um solche Nanostrukturen aufzubauen, werden Moleküle mit einer
gewünschten Zahl symmetrisch angeordneter Seitengruppen ("Beine") auf
eine Oberfläche aufgebracht. Durch geschicktes Erwärmen lassen sich
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.
Obwohl die Ergebnisse dieser interdisziplinären Arbeit der
Grundlagenforschung zuzuordnen sind, könnten diese 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/cm2 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.
