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Nano-Rekord: Der kleinste Dreifachknoten der Welt

Ein einzelnes Molekül, nach genauem Plan in sich selbst verschlungen: Mit Hilfe eines Gerüsts aus Eisen erzeugen Fachleute den bisher komplexesten molekularen Knoten.
Knoten lassen sich nur schwer berechnenLaden...

Aus insgesamt nur 324 Atomen besteht der komplexeste jemals hergestellte Molekülknoten, den jetzt eine Arbeitsgruppe um David Leigh von der University of Manchester hergestellt hat. Wie die Arbeitsgruppe in »Nature Chemistry« berichtet, erzeugte sie einen einzelnen durchgehenden Molekülstrang, der sich selbst insgesamt neunmal auf vorher festelegte Weise kreuzt. Das erreichte das Team, indem es sechs Eisenatome als Gerüst benutzte, um die Teilstränge in korrekter Orientierung zueinander auszurichten.

An solchen Strukturen entwickeln Fachleute Methoden, immer größere und komplexere Nanostrukturen atomgenau herzustellen – mit dem Ziel, die Struktur zukünftiger Materialien präzise steuern zu können und so Materialien mit heute unerreichten Eigenschaften herzustellen. Auch in der Natur spielen molekulare Knoten vermutlich eine Rolle, zum Beispiel bei RNA und DNA.

Um ihre besonderen Strukturen zu knüpfen, konstruierte das Team um Leigh die Vorläufermoleküle so, dass sich sechs von ihnen in genau vorgegebener Weise um die Eisenatome legten. Im nächsten Schritt verknüpften chemische Reaktionen die zwölf losen Enden entsprechend ihrer räumlichen Anordnung miteinander, so dass ein in sich verknoteter Einzelstrang entstand. Auf diese Weise erzeugte die Arbeitsgruppe auch eine weitere Struktur aus drei ineinander verschlungenen und verdrehten Ringen.

Die Knotentheorie gehört zur Topologie, einem Teilgebiet der Mathematik, das sich mit den räumlichen Beziehungen von geometrischen Objekten befasst. Damit zeigen die molekulare Knoten eine überraschende Verbindung zwischen dem vergleichsweise handfesten Gebiet der organischen Chemie und einem ebenso exotischen wie aufregenden Bereich der Physik. Seit einigen Jahren forschen Festkörperfachleute an topologischen Materialien, in denen nicht die atomare Struktur besonderen räumlichen Regeln gehorcht, sondern das Verhalten von Elektronen.

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