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Nanostrukturen: Selbstorganisation malt atomare Linien auf Silizium

Atomkette auf Silizium
Mit einer einfachen chemischen Reaktion haben Wissenschaftler eine atomdicke Linie auf einer Siliziumoberfläche erzeugt. Die Struktur besteht aus alternierenden Chloratomen und Methylgruppen und verlängert sich selbst durch Selbstorganisation: Immer weitere Bausteine lagern sich dazu an eine reaktive Bindungsstelle an ihrem Ende an. Derartige selbstorganisierende Muster im Nanomaßstab sollen in Zukunft Halbleiteroberflächen strukturieren und die Grundlage einer noch zu entwickelnden molekularen Elektronik bilden.

Selbstorganisierende Kette | Eine selbstorganisierende Atomreihe auf Silizium, oben mit dem Rastertunnelmikroskop abgebildet. Die dunkle Linie besteht aus alternierenden Chloratomen und Methylgruppen, die hellen Flecken am Ende sind die reaktiven Siliziumatome, an denen die Kette verlängert wird. Unten ein Modell der Struktur, die freien Bindungen sind gelb gekennzeichnet.
Die von einem Team um den Chemiker John Polanyi von der Universität Toronto entwickelte Technik basiert auf der Struktur einer speziellen Kristallfläche des elementaren Siliziums, der (110)-Ebene. Diese Oberfläche besteht aus Reihen von Atompaaren, die elektronisch miteinander gekoppelt sind: Bindet ein Reaktionspartner an eines der Siliziumatome, setzt die Reaktion beim zweiten Atom eine Bindung frei – es entsteht quasi ein freies Radikal. Diese reaktive Bindungsstelle fängt sich sehr schnell einen weiteren Partner ein.

Kettenverlängerung | Kommt weiteres Chlormethan hinzu, reagiert es mit der freien Bindung und verlängert die Kette um zwei Einheiten.
In den meisten Fällen wäre die Reaktionskette damit beendet – das Chlormethan jedoch leistet entscheidendes: Es spaltet sich in zwei Teile auf, von denen das eine an das reaktive Siliziumatom bindet. Die zweite Hälfte jedoch, das Chloratom, reagiert mit dem Siliziumatom des benachbarten Paares und setzt dort wiederum eine reaktive Bindungsstelle frei. Chlormethan wirkt also als Brücke zwischen eigentlich voneinander getrennten Atompaaren und sorgt so dafür, dass die Kettenreaktion weiter geht. (lf)

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