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13.03.07 Azobenzol als elektrischer Schalter

Deutsch-spanisches Forscherteam testet den
kleinsten elektrischen Schalter - Signalgeber ist ein Molekül

"Immer kleiner, immer effizienter" lautet die Devise, wenn es um die Entwicklung von Computern und anderen elektronischen Geräten geht. Längst bewegen sich die Bauteile in unvorstellbar kleinen Dimensionen; ein Silizium basierter Transistor beispielsweise hat heute eine Seitenlänge von 90 Nanometern. Und die Entwicklung geht weiter: Größenordnungen von einem Nanometer (also ein Milliardstel Millimeter!) sollen die Bauteile der Zukunft haben. Sie wären damit so klein wie Moleküle. Doch können Moleküle als elektronische Bauelemente fungieren? Sie können, sagen jene Wissenschaftler, die an der Grenze von Quantenphysik und Elektronik auf dem jungen Gebiet der "Molekularen Elektronik" führend sind. Unter ihnen auch die Regensburger Nachwuchsgruppe um Dr. Gianaurelio Cuniberti und Wissenschaftler der Universität Madrid: Sie simulierten jüngst einen Schaltkreis, in dem ein einzelnes organisches Molekül als elektrischer Schalter agierte.

Abb.: Schematische Darstellung eines Azobenzolmoleküls gebunden an zwei metallischen Elektroden (Kohlenstoffnanoröhren). Laserlicht verändert die Konformation und damit die elektrischen Eigenschaften.
Quelle: Franz Stadler/Universität Regensburg

Mit Hilfe von Azobenzol-Derivaten simulierten die Forscher einen der bisher wohl kleinsten elektrischen Schalter. Azobenzol kann in cis- oder trans-Isomeren vorliegen, die ganz unterschiedlich auf ein elektrisches Feld reagieren. Diesen Umstand will man sich in der molekularen Elektronik zunutze machen. Um die elektrischen Transporteigenschaften des Azobenzol-Moleküls und seiner Isomere zu untersuchen, wählten die Regensburger Physiker komplexe Computersimulationstechniken.

Im Modell wurde das Molekül chemisch an zwei metallischen Nanoröhrchen aus Kohlenstoffatomen gebunden, die als Nanoelektroden wirken. Wurde nun eine elektrische Spannung angelegt, konnten Ladungen durch das Molekül fließen. In der Simulation zeigte sich, dass beide Isomere völlig unterschiedliche, elektrische Leitungseigenschaften aufweisen. Eine Änderung der räumlichen Molekülstruktur - induziert zum Beispiel durch Laserlicht unterschiedlicher Wellenlänge - könnte demnach den Fluss des elektrischen Stroms dramatisch verändern und somit eine Schaltfunktion auf der molekularen Skala realisieren. Ein wichtiges Ergebnis: Die Schaltfähigkeit wird besonders beeinflusst von den chemischen Gruppen, die das Molekül an die Elektroden binden. Cuniberti und sein Team planen weiterführende Untersuchungen, um die Effizienz und die Stabilität dieses molekularen Schalters zu testen. Ihre Ergebnisse werden wichtige Informationen zur Entwicklung modernster Elektronik liefern. Bei aller Zuversicht wissen die Forscher aber auch: "Auf den molekularen Computer wird man noch eine Weile warten müssen."

Quelle:

Tuning the conductance of a molecular switch
M. del Valle, R. Gutiérrez, C. Tejedor, G. Cunibert, Nature Nanotechnology 2007, 2, 176-179. DOI: 10.1038/nnano.2007.38

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Azobenzol als elektrischer Schalter
(URL: http://www.organische-chemie.ch/chemie/2007mae/azobenzol.shtm)

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