Schaltkreis aus nur zwei Molekülen

Erstmals gelang die Messung des elektrischen Stroms in einem molekularen Nanostromkreis

C60-Moleküle in Kontakt
C60-Moleküle in Kontakt

Kiel - Dank der ständig voranschreitenden Miniaturisierung elektrischer Bauteile konnte die Leistungsfähigkeit von moderner Elektronik bislang kontinuierlich gesteigert werden. Allerdings treten schwierige Hürden bei dem Versuch auf, die winzigen Strukturen im Nanometerbereich einfach weiter zu verkleinern. Zum ersten Mal gelang es nun einer europaweiten Kollaboration von Forschern, aus nur zwei Molekülen einen Stromkreis zu konstruieren und dessen elektrische Eigenschaften zu untersuchen.

Die Ergebnisse der Forscher von Instituten in Deutschland, Frankreich, Spanien und Dänemark wurden in der neuesten Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Physical Review Letters vorgestellt. Sie verwendeten fußballförmige C60-Moleküle, sog. Fullerene, die einen milliardstel Meter durchmessen und aufgrund ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften großes Potential für technische Anwendungen in der Materialwissenschaft und der Nanotechnologie bergen.

Zunächst hoben die Wissenschaftler eines der Moleküle mit der Spitze eines Rastertunnelmikroskops an. Darauf bewegten sie es mit einer Präzision von wenigen billiardstel Metern auf ein zweites Molekül zu. Während der Annäherung gelang es den Physikern, den elektrischen Stromfluss zwischen den beiden Molekülen zu messen. Das Verständnis dieses Stroms, der stark von dem Abstand der Moleküle abhängt, ist für zukünftige molekülbasierte Elektronik unabdingbar.

Die Untersuchung zeigt, dass die Leitfähigkeit zwischen den sich berührenden Molekülen hundertmal geringer ist als für ein einzelnes C60 und daher nur ein schwacher Strom fließt. Dieses Resultat ist extrem wichtig für neuartige Nanoelektronik, bei der Moleküle dicht gepackt angeordnet sein werden. Denn ungewollte Kurzschlüsse zwischen benachbarten Schaltkreisen scheinen Dank der Moleküleigenschaften kontrollierbar zu sein. Zusätzlich durchgeführte quantenmechanische Berechnungen stehen mit den experimentellen Resultaten im Einklang und sagen ebenfalls eine nur geringe Leitfähigkeit zwischen den Molekülen vorher.

Das neu gewonnene Verständnis des elektrischen Stromflusses auf der Nanometerskala ist ein wichtiger Schritt für die Entwicklung von molekularer Elektronik. Zudem eröffnet die von den Forschern vorgeführte extreme Präzision der Manipulation und Kontrolle von einzelnen Molekülen neue Wege zur Erforschung möglicher nanoelektronischer Bauteile.