Moleküle als elektronische Bauteile

Wissenschaftlern des IBM Research Laboratory (Zürich) und der Universität Regensburg haben erstmals komplexe molekulare Systeme als Schalter benutzt und miteinander 'verdrahtet'.

Einzelne Moleküle als Bauteile wie Schalter, Speicherelemente, Dioden oder Transistoren könnten die Elektronik in neue Dimensionen befördern. Hat ein Silizium-basierter Transistor derzeit eine Seitenlänge von 90 Nanometern, würde man mit Molekülen Größenordnungen von nur noch wenigen Nanometern erreichen.

Für einzelne Moleküle ist das bereits umgesetzt, doch komplexe molekulare Systeme waren bisher nicht realisierbar. Der Mechanismus der bisher bekannten molekularen Schalter basiert meist auf drastischen mechanischen Verformungen. Das heißt: Die Struktur des Moleküls verändert sich auch nach außen so sehr, dass eine Kopplung mit weiteren Elementen unmöglich wird.

Molekül-Schaltung. Illustration: Jascha Repp, Uni Regensburg
Molekül-Schaltung. Illustration: Jascha Repp, Uni Regensburg
Foto: xyz xyz

Anders bei dem Ansatz des Regensburger Professors Dr. Jascha Repp. Er und seine Kollegen Liljeroth und Meyer verwendeten bestimmte organische Farbstoffmoleküle. Sie zeichnen sich durch zwei Wasserstoffatome im Innern eines ringförmigen Moleküls aus. Diese Wasserstoffatome konnten die Forscher durch kleinste Stromstöße in ihrer Position verändern. Mit der Positionsverlagerung ging eine Veränderung der Leitfähigkeit des Moleküls einher. Das Besondere daran: Das Umschalten führt zu keinerlei Bewegung an der Peripherie des Moleküls. Denn die Wasserstoffatome, die für die Schaltstellung entscheidend sind, befinden sich in einem geschützten Hohlraum.

Damit waren die Voraussetzungen für eine Kopplung mehrerer Schalter gegeben. In einem weiteren Experiment zeigten die Physiker den ersten Schritt dazu, indem sie mehrere Moleküle mit Hilfe eines Rastertunnelmikroskops aneinander schoben. Durch Strompulse in ein Molekül konnten sie dann ein benachbartes Molekül schalten. Das sei ein erster Schritt auf dem Weg zu komplexeren elektronischen Schaltungen, so die Uni Regensburg weiter.

Der gefundene Mechanismus funktioniert für eine ganze Klasse von ähnlich gebauten Molekülen. Er bildet damit die Grundlage für eine Reihe von möglichen molekularen Schaltern.

Die Regensburger Forschung wird von der Volkswagenstiftung mit rund 1,5 Millionen Euro finanziert. (dsc)

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