08.03.2007 - Universidad Autónoma Madrid

Ein molekularer Schalter für die Elektronik

"Immer kleiner, immer effizienter" lautet die Devise, wenn es um die Entwicklung von Computern und anderen elektronischen Geräten geht. Größenordnungen von einem Nanometer sollen die Bauteile der Zukunft haben. Sie wären damit so klein wie Moleküle. Doch können Moleküle als elektronische Bauelemente fungieren? Sie können, sagen jene Wissenschaftler, die an der Grenze von Quantenphysik und Elektronik auf dem jungen Gebiet der "Molekularen Elektronik" führend sind. Unter ihnen auch die von der Volkswagen-Stiftung mit 960.000 Euro geförderte Regensburger Nachwuchsgruppe um Dr. Gianaurelio Cuniberti und Wissenschaftler der Universität Madrid: Sie simulierten jüngst einen Schaltkreis, in dem ein einzelnes organisches Molekül als elektrischer Schalter agierte.

Azobenzol heißt das Molekül, mit dem die Forscher einen der bisher wohl kleinsten elektrischen Schalter simulierten. Das Azobenzol gehört zu der Klasse von Molekülen, die in verschiedenen räumlichen Strukturen vorliegen. Die Isomere können qualitativ unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Sie reagieren beispielsweise ganz unterschiedlich auf ein elektrisches Feld. Diesen Umstand will man sich in der molekularen Elektronik zunutze machen. Um die elektrischen Transporteigenschaften des Azobenzol-Moleküls und seiner Isomere zu untersuchen, wählten die Regensburger Physiker komplexe Computersimulationstechniken.

Im Modell wurde das Molekül chemisch gebunden an zwei metallischen Nanoröhrchen - bestehend aus Kohlenstoffatomen -, die als Nanoelektroden wirken. Wurde nun eine elektrische Spannung angelegt, konnten Ladungen durch das Molekül fließen. In der Simulation zeigte sich, dass beide Isomere völlig verschiedene elektrische Leitungseigenschaften aufweisen. Eine Änderung der räumlichen Molekülstruktur - induziert zum Beispiel durch Laserlicht unterschiedlicher Wellenlänge - könnte demnach den Fluss des elektrischen Stroms dramatisch verändern und somit eine Schaltfunktion auf der molekularen Skala realisieren. Ein wichtiges Ergebnis: Die Schaltfähigkeit wird besonders beeinflusst von den chemischen Gruppen, die das Molekül an die Elektroden binden. Cuniberti und sein Team planen weiterführende Untersuchungen, um die Effizienz und die Stabilität dieses molekularen Schalters zu testen. Ihre Ergebnisse werden wichtige Informationen zur Entwicklung modernster Elektronik liefern. Bei aller Zuversicht wissen die Forscher aber auch: "Auf den molekularen Computer wird man noch eine Weile warten müssen."

Originalveröffentlichung: M. del Valle, R. Gutiérrez, C. Tejedor, G. Cuniberti; "Tuning the conductance of a molecular switch."; Nature Nanotechnology 2007, 2, 176-179.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
Mehr über Universidad Autónoma de Madrid
Mehr über Volkswagen
Mehr über Uni Regensburg
  • News

    'An einer chemischen Bindung zupfen'

    Es bietet atemberaubende Bilder von Molekülen und Oberflächen auf atomarer Ebene – das Rasterkraftmikroskop. Darüber hinaus kann es zur Anregung molekularer Systeme verwendet werden. Eine energetische Anregung ist der entscheidende Schritt für die Herstellung und das Aufbrechen chemischer B ... mehr

    Eck- und Kantenatome sind reaktiver als zentrale Atome

    Sie spielen eine bedeutende Rolle in der Chemie-Industrie: Katalytische Prozesse. Auch in jeder Auspuffanlage eines Verbrennungsmotors laufen wichtige katalytisch aktivierte Reaktionen ab, um die Abgase zu reinigen. Der Katalysator sorgt dort beispielsweise dafür, dass stark umweltschädlich ... mehr

    Der direkte Weg zur Phosphorverbindung

    Wissenschaftler finden effizientere und umweltfreundlichere Methode, um Produkte ohne Zwischenstufen aus weißem Phosphor herzustellen. Pflanzenschutzmittel, Dünger, Extraktions- oder Schmiermittel – Phosphorverbindungen sind aus vielen Mitteln für den Alltag und die Industrie nicht wegzuden ... mehr

  • q&more Artikel

    Mizellen als Reaktionsumgebung

    Die Photoredoxkatalyse hat sich zu einem leistungsfähigen Instrument für die Synthese organischer Verbindungen mit den verschiedensten Strukturen entwickelt. Die hohe Stabilität der Kohlenstoff-Chlor-Bindungen hat jedoch lange Zeit den Einsatz kostengünstiger und leicht verfügbarer Chloralk ... mehr

    Interessante Gesundheitsförderer

    Unter den pflanzlichen Sekundärstoffen ist kaum eine Klasse von Verbindungen so pro­minent in unserem Leben vertreten wie die Flavonoide. Man findet sie in verschiedenen Oxidationsstufen und hauptsächlich als Glykoside (Abb. 1) in zahlreichen Nahrungsmitteln. Mit dem Konsum von Obst, Gemüse ... mehr

  • Autoren

    Prof. Dr. Burkhard König

    Burkhard König, Jahrgang 1963, studierte Chemie an der Universität Hamburg, wo er 1991 promovierte. Er absolvierte Postdoc-Aufenthalte bei Prof. M. A. Bennett, Research School of Chemistry, Australian National University, Canberra, Australien und bei Prof. B. M. Trost, Stanford University, ... mehr

    Dr. Maciej Giedyk

    Maciej Giedyk, Jahrgang 1988, beendete 2012 sein Studium der Chemie an der Warschauer Technischen Universität mit einem Master of Engineering ab. Im Jahr 2016 schloss er seine Doktorarbeit am Institut für Organische Chemie der Polnischen Akademie der Wissenschaften unter der Leitung von Pro ... mehr

    Prof. Dr. Jörg Heilmann

    Jörg Heilmann, geb. 1966, studierte Pharmazie an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf und erhielt 1991 die Appro­bation. Von 1991 – 1992 war er als Apotheker in der Löwen-Apotheke Mülheim an der Ruhr tätig. An seine Promotion 1997 am Lehrstuhl Pharmazeutische Biologie an der Heinrich-H ... mehr