Der dünnste Draht der Welt

Würzburger Physiker ordnen erstmals einzelne Goldatome zu elektrisch leitfähigen Ketten an, die zu noch kleineren Schaltkreisen auf Computerchips führen könnten

Feinste Nanodrähte aus Goldatomen
Feinste Nanodrähte aus Goldatomen

Würzburg - Kleiner kann ein elektrisch leitfähiger Draht nicht werden. Selbst im Vergleich zu den vielseitigen Nanoröhrchen aus Kohlenstoff sind die Ketten aus einzelnen Goldatomen, die Würzburger Physiker nun herstellen konnten, winzig. In der Fachzeitschrift "Physical Review Letters" präsentieren sie ihre Herstellungsmethode, die zu noch kleineren Schaltkreisen auf Computerchips und zur Erforschung neuer Quantenphänomene geeignet sein könnten.

"Die Drähte bestehen aus einzelnen Atomen, und kleinere elektrische Leitungsbahnen kann man prinzipiell nicht bauen", sagt Jörg Schäfer vom Lehrstuhl für Experimentelle Physik IV der Universität Würzburg. Zusammen mit seinen Kollegen verdampfte er Gold und ließ darauf einzelne Metallatome auf kleinen Germaniumplättchen kondensieren. Durch die geschickt gewählten Randbedingungen ordneten sich die Goldatome zu parallel ausgerichteten, geradlinigen Ketten an. Diese blieben selbst über einen weiten Temperaturbereich stabil und konnten elektrischen Strom leiten.

Nun arbeiten Schäfer und Kollegen an komplexeren Nanoverdrahtungen und bilden gezielt Verknüpfungen zwischen einzelnen Goldketten. Mit zusätzlich mit den Spitzen von Rastertunnelmikroskopen zugetupften Atomen wollen sie zudem die elektrischen Eigenschaften der Nanodrähte kontrolliert verändern. Als Anwendung schweben ihnen nicht nur neue Leiterbahnen auf winzigen Computerchips vor. Auch für die Erforschung bisher nur theoretisch vorhergesagter Quantenphänomene sollen sich die winzigen Golddrähte eignen.

"In Nanostrukturen treten viele verblüffende Phänomene auf, die unserer Intuition als Physiker widersprechen", sagt Schäfer. Denn können in einem gewöhnlichen Stück Metall die Elektronen beliebig verschiedene Richtungen einschlagen, sind sie in dem Nanodraht auf engstem Raum eingesperrt. Sie können einander nicht ausweichen und dabei sollten ungewöhnliche Quanteneffekte auftreten, die vor allem die elektrische Leitfähigkeit beeinflussen. So sehen die Würzburger Physiker in ihren Nanodrähten ein Modellsystem für eindimensionale Elektronenflüssigkeiten, so genannten Luttinger-Flüssigkeiten. So bezeichnen die Physik-Theoretiker Elektronen, die sich nur in einer Dimension in der Längsrichtung der Nanodrähte bewegen können. "Es ist sehr schwierig, die von den Theoretikern vorhergesagten Eigenschaften der Luttinger-Flüssigkeit mit Experimenten nachzuweisen", sagt Schäfer. Doch erste Hinweise darauf wollen sie bereits gefunden haben.