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Nanotechnik: Winziger Lichtdetektor entwickelt

Nano-FarbdetektorLaden...
Forscher haben einen nur nanometergroßen Farbdetektor für Wellenlängen sichtbaren Lichts entwickelt. Xinjian Zhou und sein Team von den Sandia National Laboratories in Livermore banden dazu einzelne lichtempfindliche Moleküle an Kohlenstoffnanoröhrchen, die das von den Molekülen aufgefangene Signal wie ein Verstärker elektrisch weitergaben.

Nach Aussage der Wissenschaftler ist der Sensor nicht nur ausgesprochen empfindlich, sondern reagiert auch als erster seiner Art auf Wellenlängen, die vom menschlichen Auge wahrgenommen werden.
Detail des LichtdetektorsLaden...
Detail des Lichtdetektors | In dieser Illustration ist der Aufbau des Lichtdetektors gut zu erkennen: Im Vordergrund das Nanoröhrchen, von dem senkrecht die Farbstoff-Moleküle abstehen. Die Wand der Kohlenstoff-Nanoröhrchen bestehen in der Regel nur aus einer Lage Atomen. Sie in gleichbleibender Qualität herzustellen oder zumindest die Röhrchen mit den geeigneten Eigenschaften auszuwählen, ist nach Einschätzung der Forscher das größte Problem bei der serienmäßigen Herstellung ihres Detektors.
Für seine Herstellung brachten Zhou und Kollegen die Nanoröhrchen auf einem Siliziumchip auf, den sie dann in einer Lösung mit Farbstoffen auf der Basis von Azobenzol badeten. Die Moleküle hefteten sich daraufhin von selbst an die Röhrchen, deren Durchmesser nur rund einen Nanometer beträgt.

Die Funktionsweise ihres Sensoren-Prototyps erklären die Wissenschaftler mit der Eigenschaft des Azobenzols, sich bei Einstrahlung von Licht einer bestimmten Frequenz zu verbiegen. Dadurch werde die Ladungsverteilung innerhalb des Moleküls aus dem Gleichgewicht gebracht, es entstehe ein Dipol, der sich letztlich auf die Leitfähigkeit der Nanoröhrchen auswirke. Da diese über elektrische Kontakte mit einem Schaltkreis auf dem Siliziumchip verbunden sind, konnten die Forscher die Änderung in der Leitfähigkeit auslesen. Insgesamt verwendeten sie drei verschiedene Farbstoffmoleküle, die jeweils bevorzugt auf einen bestimmten Bereich des Lichtspektrums reagieren.

Mögliche Anwendungsfelder sehen Zhou und Kollegen unter anderem in der Astrophysik, wo Teleskope von der Lichtempfindlichkeit des Chips profitieren könnten. Dazu müsste dessen Spektrum allerdings auf mehr als drei Wellenlängenbereiche ausgeweitet werden. Auch in Bio-Laboren könnte ein solcher Chip zum Einsatz kommen: Bei DNA-Analysen etwa werden winzige Genabschnitte mit Farbstoffen kenntlich gemacht, deren Leuchten vom Sensor aufgefangen werden könnte. (jd)

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