Elektronische Geräte wie Computer, Handy und Co. werden immer kleiner und effizienter. Großen Anteil an dieser Entwicklung hatte bislang die Mikroelektronik. Um technologische Grenzen der Miniaturisierung zu überwinden, erforscht man Alternativen zur herkömmlichen Halbleiterelektronik.

Eine Option ist die Molekularelektronik, bei der elektronische Schaltungen künftig direkt aus einzelnen, leitfähigen Molekülen verdrahtet werden sollen.

Solche molekularen Drähte untersucht Jascha Repp in Zusammenarbeit mit Kollegen des IBM Research – Zurich. Der Experimentalphysiker hat seit 2007 eine Lichtenberg-Professur an der Universität Regensburg inne, die die VolkswagenStiftung mit rund 1,5 Millionen Euro finanziert.

Jetzt haben die Wissenschaftler in bestimmten molekularen Drähten Anzeichen für eine Kopplung der Bewegung von Atomkernen und der Bewegung von Elektronen beobachtet. Bisher ging man davon aus, dass sie sich unabhängig voneinander bewegen. Das Forscherteam um Jascha Repp konnte dagegen zeigen, dass sie gekoppelt sind und diese Kopplung deutlich in Erscheinung tritt. Diese Entdeckung veröffentlichen sie im Journal Nature Physics [siehe unten].

Worin liegt nun das Potenzial dieser Entdeckung? In der Mikroelektronik werden Elektronen durch Halbleiterstrukturen geschickt, die sich zwar bereits im Nanometerbereich befinden, bezogen auf atomare Maßstäbe jedoch immer noch sehr groß sind. Hier ist die Kopplung der Elektronen an die Kernbewegung naturgemäß relativ schwach ausgeprägt. In der molekularen Elektronik dagegen fällt diese viel größer aus. Aus Sicht der konventionellen Elektronik ist dies ein Nachteil, führt es doch zu einer unerwünschten Erwärmung des Bauteils. Doch die Elektronik der Zukunft wird möglicherweise nicht aus herkömmlichen Transistor-Bauelementen aufgebaut sein, sondern auf völlig anderen Mechanismen basieren. Insofern eröffnet die beobachtete Kopplung die Möglichkeit zu gänzlich neuer Funktionalität, bei der mechanische Bewegung in Molekülen eine Rolle spielen könnte.

Hintergrund Förderinitiative Lichtenberg-Professuren

Mit den Lichtenberg-Professuren fördert die VolkswagenStiftung seit 2003 herausragende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in innovativen Lehr- und Forschungsfeldern. Für fünf bis maximal acht Jahre stellt die Stiftung Mittel für eine Stiftungsprofessur zur Verfügung. Voraussetzung ist, dass die aufnehmende Hochschule die Übernahme erfolgreich evaluierter Professuren im Anschluss an die Förderung garantiert.