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News: Ein Schalter in der Nanowelt

Wenn Bauteile im Nanometerbereich einmal zu Superrechnern und Robotern montiert werden sollen, dann wird dies kaum mithilfe von Schraubendreher und Lötkolben möglich sein. Immerhin konnten britische Wissenschaftler jetzt eine elektrische Verbindung auf Molekülebene herstellen. Sie baut sich selbst zusammen und eignet sich darüber hinaus sogar als Schalter.
In der Nanotechnologie geht es – der Name sagt es schon – winzig zu. So winzig, dass einmal Hochleistungscomputer auf Molekülebene entstehen sollen, und vielleicht Roboter in Größe eines Blutkörperchens durch Kapillaren klettern. Am schwierigsten ist dabei die Verkabelung einzelner elektronischer Bauteile, die kaum größer sind als einzelne Moleküle. David Schiffrin vom Department of Chemistry der Liverpool University ist mit seinen Kollegen einer Lösung dieses Problems ein gutes Stück näher gekommen. Die Forscher verbanden kaum sechs Nanometer durchmessende Goldklümpchen mit organischen Molekülen, die nicht nur den Strom leiteten, sondern auch als Schalter wirkten.

Bei der organischen Substanz handelt es sich um so genannte Thiole. Die Enden dieser kettenförmigen Moleküle gehen mit dem Gold eine feste Verbindung ein, und können auf diese Weise zwei Goldoberflächen miteinander verdrahten. Und dies geschieht ohne äußeres Zutun, denn die Thiole stellen die Verbindung zwischen den Oberflächen selbsttätig her. So positionierte Schiffrins Arbeitsgruppe Gold-Nanopartikel auf einer ebenen Goldoberfläche. Jedes der Teilchen sei, so die Forscher, durch Dutzende von Thiolketten auf der Fläche verankert worden. Müssten derlei Verbindungen "von Hand" hergestellt werden, hätte diese Methode in der Nanotechnologie kaum eine Zukunft (Nature vom 2. November 2000).

Mithilfe eines Raster-Tunnel-Mikroskops (STM) konnten die Wissenschaftler sogar einen Strom durch diese Verbindungen leiten. Dazu mussten sie an die mikroskopische kleine Metallspitze des STM eine Spannung legen und diese in die Nähe der Goldpartikel bringen. Da die Thiolmoleküle auf Spannungsveränderungen reagieren, können sie wie Schalter wirken. Bei negativer Spannung leiten sie den Strom, bei positiver verlieren die Thiole nach und nach ihre Elektronen und werden zum Nichtleiter. Leider geschieht dies noch viel zu langsam, um wirklich den Ansprüchen eines Nanocomputers zu entsprechen. Aber bis es soweit ist, dass überhaupt erst einmal dessen prinzipielle Funktionsweise klar ist, wird sich wohl auch diese Problem lösen.

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