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News: Die Füllung macht's

Kohlenstoffnanoröhrchen haben erstaunliche Eigenschaften. Besonders von ihrer guten elektrischen Leitfähigkeit versprechen sich Wissenschaftler so einiges. Bislang haben sie allerdings in erster Linie mit leeren Hülsen experimentiert. Nun zeigten Forscher aus Japan, dass eine geeignete Füllung die elektrischen Eigenschaften deutlich verändert. Natürlich haben sie nicht irgendein Material verwendet, sondern Fullerene mit einem Metallkern - wenn schon nano, dann richtig.
Nanoröhrchen haben wie ihre zahlreichen Verwandten im Nanokosmos weltweit Hochkonjunktur. Betrachtet man die bizarren Miniaturgestalten, könnte man meinen, dass Wissenschaftler hier hemmungslos ihrem Spieltrieb frönen. Röhrchen in jeder Variation, mit einer Wand oder mehreren, mit Knoten in der Mitte oder y-förmig – dauernd gibt es etwas zu bestaunen. Die inneren Eigenschaften der Winzlinge können sich sehen lassen: Sie sind unglaublich fest und obendrein häufig auch hervorragende elektrische Leiter. Den Ideen für künftige Anwendungen scheinen keine Grenzen gesetzt.

Einem japanischen Team ist es nun gelungen, Metallofullerene – Kohlenstoffbällchen mit Metallfüllung – in eine Nanoröhre einzuschleusen. Fullerene im Röhrchen sind eigentlich nichts Neues, denn das haben David Luzzi und seine Kollegen von der University of Pennsylvania bereits 1998 mit C60-Bällchen gezeigt. Allerdings hatten die derart gefüllten Kohlenstoffbehälter keine besonderen neuen Effekte zu bieten – es war mehr eine Demonstration des Machbaren. Anders sieht es nun bei der neuen Kreation von Sumio Iijima von der Meijo University und Hinsanori Shinohara von der Nagoya University aus (Physical Review Letters vom 18. Dezember 2000, Abstract).

Die Forscher stellten im ersten Schritt sowohl einwandige Nanoröhren als auch C82-Fullerene mit einem Gadolinium-Atom in der Mitte her. Anschließend erhitzten sie die Röhrchen in trockener Luft auf 420 Grad Celsius, um die Kappen an den Enden zu öffnen, und ließen Dampf aus Gadolinium-gefüllten Fullerenen darüber streichen. Als die Wissenschaftler anschließend die – an Makkaroni erinnernden – Kohlenstoffgebilde mit dem Elektronenmikroskop untersuchten, fanden sie die Fullerene in einem Abstand von je einem Nanometer ordentlich aneinandergereiht innerhalb der Nanoröhre wieder.

Iijima und seine Kollegen konnten mit einer Methode, die sich Electron Energy Loss Spectroscopy nennt, außerdem feststellen, dass das Gadolinium drei seiner Elektronen an die Umgebung abgegeben hat, ganz so, wie es auch in frei vorliegenden Gadolinium-gefüllten Fullerenen geschieht. Schließlich fanden die Forscher heraus, dass der elektrische Widerstand bei den gefüllten Nanoröhrchen im Vergleich zu den leeren deutlich stärker von der Temperatur abhängt.

Laut Luzzi konnte bis jetzt noch niemand zeigen, dass der Inhalt von Nanoröhrchen derart ihre elektrischen Eigenschaften beeinflusst. "Das ist das erste Zeichen, dass etwas passiert", äußert er sich.

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