Deutsche Forscher erfinden das Rad neu – aus einzelnen Molekülen

Vor gut 6000 Jahren sollen die Sumerer das Rad erfunden haben. Doch das erste Nanorad aus einzelnen Molekülen rollt erst jetzt in einem Berliner Labor.

Achse mit Nanoräder
Achse mit Nanoräder

Berlin/Toulouse (Frankreich) - Diese Entdeckung, die deutsche und französische Forscher in der Fachzeitschrift "Nature Nanotechnology" beschreiben, legt eine wichtige Grundlage für vielseitige und komplexe Nanomaschinen.

"Bisher konnte kein Rollen auf der Nanoskala beobachtet werden, obwohl es eine sehr nützliche Bewegung in unserer makroskopischen Welt ist", berichten Leonhard Grill von der Freien Universität Berlin und seine Kollegen vom französischen Forschungszentrum CEMES in Toulouse. Die Physiker bauten das nur knapp ein Millionstel Millimeter kleine Nanorad aus dem organischen Molekül Triptycen. Zwei dieser Moleküle verbanden sie mit einer hauchdünnen Achse aus gerade mal vier Kohlenstoffatomen. Diese Nanoachse setzten die Forscher auf eine fein strukturierte Oberfläche aus Kupfer.

Mit einem Rastertunnelmikroskop konnte Grill die winzige Achse anstoßen und ihre Bewegung beobachten. Mit der Spitze des Mikroskops näherten sie sich der zweirädrigen Nanoachse und schickten durch diese eine elektrische Spannung. Dadurch wurden die Nanoräder quasi angestoßen und bewegten sich Stück für Stück um jeweils eine Dritteldrehung weiter. Bisher konnten einzelne Atome auf diese Weise nur zum Hüpfen verleitet werden.

Kreisrund ist das Nanorad allerdings nicht. Das rollende Molekül erinnert eher an einen winzigen dreizackigen Stern. Daher sind die Rollbewegungen in 120 Grad-Schritten auch noch etwas holprig. Doch durch dieses Experiment ist es künftig möglich, die molekularen Bewegungen präzise zu kontrollieren und neuartige komplexe Nanomaschinen zu entwerfen.