Seit einigen Jahren kennt man Nanocluster aus wenigen Metallatomen, die wegen ihrer geringen Größe und ihrer definierten Form einzigartige magnetische, elektronische und optische Eigenschaften haben. Allerdings sind diese aussichtsreichen Materialien für sich genommen nur schwer zu bearbeiten – eine regelmäßige Struktur, die für technische Anwendungen notwendig ist, lassen sie sich nur schwer aufzwingen.

Eine Arbeitsgruppe um den französischen Chemiker Yann Molard hat jetzt Ordnung unter die Cluster gebracht. Die Wissenschaftler Bauten Nanocluster aus sechs Molybdänatomen in einen Flüssigkristall ein. Die neue Verbindung vereinigt die Eigenschaften der Nanocluster mit der Fähigkeit der Flüssigkristalle, verschiedene hochgeordnete Zustände anzunehmen.

Die sechs Molybdänatome im Cluster bilden einen Oktaeder, dessen acht Flächen durch je ein Bromatom stabilisiert werden. Er zeigt eine starke Lumineszenz, das heißt, wenn man ihn mit Licht bestrahlt, leuchtet er rot auf. Diese Eigenschaft nutzten die Forscher, um zu erkennen, ob der Einbau in ein großes Molekül die besonderen Eigenschaften des Clusters verändert. Sie koppelten an jede der sechs Ecken des Oktaeders einen mit der Gallsäure verwandten Stoff, von dem wiederum drei lange Kohlenwasserstoffketten abgehen.

Wie sich zeigte, ordnen sich die langen Ketten des eigentlich sphärischen Moleküls zu zwei Zöpfen aus je neun dieser Ketten, die an entgegengesetzten Seiten des Moleküls abstehen. Dadurch erhält das Molekül die Form, die Flüssigkristalle auszeichnet: Die langen Stäbchen richten sich parallel zueinander aus und bilden eine geordnete Schichtstruktur, bei der die Bürsten von jeweils zwei der Moleküle ineinandergleiten.

Die chemische Reaktion hat dem Metallcluster im Zentrum nicht geschadet: Wie die Wissenschaftler schreiben, leuchtet der Metallkern bei Bestrahlung mit Licht ebenso wie der unbehandelte Cluster. Daraus schließen die Autoren, dass die wesentlichen Eigenschaften solcher Nanoteilchen durch die Behandlung unverändert bleiben. Zum Beispiel lässt sich das rote Leuchten nicht nur durch Licht, sondern auch durch elektrischen Strom anregen. Dadurch eignet sich das so gefundene Molekül für Signalelemente, Sensoren oder gar Infrarotleuchten.

Doch die Bedeutung der Arbeit geht über das synthetisierte Molekül weit hinaus. Jetzt, wo klar ist, dass das Prinzip funktioniert, wollen die Forscher die Nanoteilchen mit weiteren Molekülen koppeln, die sich in anderer Weise anordnen oder gezielt Schaltvorgänge ermöglichen. So lassen sich die einzigartigen Eigenschaften von Metallcluster mit denen der bereits technisch erprobten Flüssigkristalle kombinieren und so Materialien mit ganz neuen Eigenschaften und Einsatzbereichen gewinnen. (lf)