18.12.2019 - Hebrew University of Jerusalem

Bereiten Sie sich auf ein neues Periodensystem vor

Forscher der Hebräischen Universität kombinieren Quantenpunktatome und erzeugen neue Moleküle

Bist du bereit für die Zukunft? Bereits 1869 begann der Russe Dmitri Mendeleev, die Elemente nach ihren chemischen Eigenschaften zu klassifizieren, woraus das Periodensystem der Elemente entstand. "Ich sah in einem Traum einen Tisch, an dem alle Elemente nach Bedarf an ihren Platz kamen. Erwachend schrieb ich es sofort auf ein Blatt Papier", erinnert sich Mendeleev.

150 Jahre später nach Israel, wo ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Professor Uri Banin am Institut für Chemie der Hebräischen Universität Jerusalem und am Center for Nanoscience and Nanotechnology das Konzept des Periodensystems neu erfindet, jedoch für künstliche Atome, die auch als kolloidale Quantenpunkte bekannt sind. Das Forschungsteam der Nanowissenschaften entwickelte eine Methode, die es ermöglicht, Quantenpunkte zu verbinden und neue Molekularstrukturen zu bilden.

Quantenpunkte sind Kristallklumpen in Nanogröße, die jeweils hundert bis tausend Halbleiteratome enthalten. Unter dem Elektronenmikroskop betrachtet, sehen sie aus wie Punkte. Wie bei echten Atomen, wenn man künstliche Atome miteinander kombiniert, erzeugen sie ein neues (künstliches) Molekül mit einzigartigen Eigenschaften und Eigenschaften. Diese Moleküle werden als "künstlich" bezeichnet, weil sie nicht zu den 150 Millionen Originalmolekülen gehören, die durch die Kombination von Atomen aus den 118 bekannten Elementen in unserem Periodensystem entstanden sind.

Im Gegensatz zu ihren Gegenstücken des Periodensystems sind Quantenpunktatome von quecksilberhaltiger Natur und verändern ihre physikalischen, elektronischen und optischen Eigenschaften, wenn sich ihre Größe ändert. So emittiert beispielsweise ein größerer Quantenpunkt ein rotes Licht, während ein kleinerer aus dem gleichen Material ein grünes Licht abgibt. Banin und sein Team entwickelten ein Verfahren, bei dem Wissenschaftler neue Quantenpunktmoleküle erzeugen können, während sie gleichzeitig die Kontrolle über ihre Zusammensetzung behalten. "Ich begann, die unendlichen Möglichkeiten zu betrachten, die sich aus der Herstellung künstlicher Moleküle aus künstlichen Atombausteinen ergeben könnten", teilte Banin mit.

In den letzten zwanzig Jahren hat sich das Verständnis beider Wissenschaftler für die physikalischen Eigenschaften von Quantenpunkten und ihre Kontrolle über diese winzigen Partikel enorm erhöht. Dies hat zu einer weit verbreiteten Anwendung von Quantenpunkten in unserem täglichen Leben geführt - von Bio-Imaging und Biotracking (basierend auf der Tatsache, dass Quantenpunkte je nach Größe unterschiedliche Farben emittieren) über Solarenergie bis hin zu Fernsehern der nächsten Generation mit außergewöhnlicher Farbqualität.

Diese Neuentwicklung bildet die Grundlage für die Bildung einer Vielzahl von fusionierten Quantenpunktmolekülen. "Angesichts der reichen Auswahl an Größe und Zusammensetzung unter den kolloidalen Quantenpunkten können wir uns nur die spannenden Möglichkeiten vorstellen, eine Auswahl an künstlichen Molekülen mit großem Potenzial für deren Einsatz in zahlreichen Anwendungen der Optoelektronik, Sensorik und Quantentechnologie zu schaffen", erklärte Banin.

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