Die Nanotechnologie ist weiter auf dem Vormarsch, und je kleiner die Entdeckungen desto sind, größere Bedeutung messen die Forscher ihnen bei. Einen starken Aufschwung erlebte die Technik im Mikrobenmaßstab 1990, als IBM-Forscher erstmals einzelne Atome mit einem Raster-Tunnel-Mikroskop auf eine Oberfläche aufbringen konnten. Obwohl die Nano-Forscher weitere Fortschritte auf diesem Gebiet gemacht haben, ist das Aneinanderheften von einzelnen Atomen mit dem Raster-Tunnel-Mikroskop viel zu langsam, um es für die Produktion anzuwenden. Vergleichbare lithographische Techniken sind für Arbeiten im Kleinst-Maßstab zu grob. Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Funktionsleistungen der Nano-Bausteine ohne ein entsprechend kleines Leitungssystem nicht an ein Netzwerk angeschlossen werden können.

Ein "verbindender" Durchbruch gelang kürzlich Bob Wolkow vom Steacie Institute of Molecular Sciences des National Research Council of Canada und seinen Mitarbeitern. Indem sie das Raster-Tunnel-Mikroskop als Initiator einsetzten, konnten die Wissenschaftler einen molekularen Draht in Nanometer-Größe herstellen, der sich selbst aufbaut. Mit ihrer neuen Methode bewältigten sie die bestehenden Schwierigkeiten, indem sie die Möglichkeiten organischer Materie mit dem Bereich der Silizium-Technik vereinten.

In einem ersten Schritt stellten die Forscher eine Silizium Oberfläche her, die sie reaktionsträge machten, indem sie sie mit Wasserstoff ummantelten. Mit dem Raster-Tunnel-Mikroskop entfernten sie anschließend ein einzelnes Wasserstoff-Atom, wodurch eine reaktive Lücke in der Größe eines Atoms zurückblieb. Nachdem sie die freie Bindung erzeugt hatten, setzten sie den gesamten Silizium-Kristall einem Gas aus Styren-Molekülen aus. "Die freie Bindung ist hoch-reaktiv, so dass sie sich schnell ein Styren-Molekül schnappte", erklärt Wolkow. " Die machte das Silizium glücklich, aber ließ das Molekül instabil. Die natürliche Reaktion des Styrens bestand deshalb darin, ein benachbartes Wasserstoff-Atom aus der Siliziumoberfläche zu stehlen. Dadurch wurde eine neue reaktive Stelle geschaffen, die eine Kettenreaktion in Gang setzte, die zum Wachstum einer molekularen Linie führte", erzählt er. Und tatsächlich konnten die Forscher durch Berechnungen zeigen, dass benachbarte Moleküle elektrisch gekoppelt waren. Dies weist darauf hin, dass einige der molekularen Linien im Stande sind, Signale entlang der Leitung zu übermitteln.

Gegenüber dem früheren Verfahren mit dem Raster-Tunnel-Mikroskop hat die Kettenreaktion, die zum Selbstaufbau von winzigen Verbindungen führt, zwei entscheidende Vorteile: Zum einen sind die molekularen Leitungen so klein, dass sie nur sehr geringe oder keine Fehlerraten zulassen, und zum anderen ermöglicht die Methode einen ersten Schritt zur Massenproduktion molekularer Vorrichtungen, da das Raster-Tunnel-Mikroskop nur zur Initiierung des Prozesses benötigt wird. "Der Anreiz unserer Technik besteht darin, dass wir die Notwendigkeit, Atom für Atom mit dem Raster-Tunnel-Mikroskop zu verbinden, begrenzten und einen spontanen Prozess entfachten, um ein automatisches Wachstum von Nanostrukturen in Gang zu setzen", meint Wolkow. Damit haben die Forscher nun einen großen Schritt auf dem Weg zu einer neuen Revolution der Mikro-Chip-Technologie genommen: Der Herstellung von winzigen Vorrichtungen, die Informationen in ihrer Umwelt registrieren, analysieren und auf diese reagieren.

Siehe auch

• Spektrum Ticker vom 7.7.2000
  "Minifräser auf dem Vormarsch"
  (nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
  
• Spektrum Ticker vom 7.4.2000
  "Baumelnde Bindungen mit dem Tunnelmikroskop"