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10.07.09 Leitfähige Moleküle ermöglichen Nanoelektronik

Einzelmoleküle als elektrische Leiter

Mit einer ungeraden Anzahl an Elektronen sind Moleküle, die mit Metallelektroden im Kontakt sind schon im niedrigen Spannungsbereich extrem leitfähig

Klein und effizient: Die Verwendung von Molekülen als stromleitende Elemente in elektronischen Schaltungen birgt großes Potential. Eine der Herausforderungen bisher: Die Stromleitung durch Moleküle setzt erst ab einer gewissen Schwellspannung ein. Einem internationalen Forscherteam ist nun der Durchbruch gelungen: Mit einer ungeraden Anzahl an Elektronen sind Moleküle, die mit Metallelektroden im Kontakt sind schon im niedrigen Spannungsbereich extrem leitfähig. Diese Grundlagenerkenntnis bringt viele Anwendungsmöglichkeiten: Etwa effizientere Mikrochips und Bauelemente mit stark erhöhten Speicherdichten.

Das extrem leitfähige Molekül ermöglicht den Stromfluss von Metallkontakt zu Metallkontakt
Quelle: G. Heimel, TU Graz

Ein Elektron statt zwei: Ist die Anzahl der Elektronen, also der Träger der elektrischen Ladung, in einem Molekül ungerade, so wird das Molekül auch schon bei niedrigen Spannungen zum Leiter mit geringem Widerstand. Was in der Beschreibung simpel klingt, ist eine fundamentale Erkenntnis im Bereich der Nanotechnologie: Metallische Elemente in molekularen elektronischen Schaltungen können damit nämlich durch Einzelmoleküle ersetzt werden. "Damit kommen wir der ultimativen Miniaturisierung elektronischer Bauteile einen entscheidenden Schritt näher", erklärt Egbert Zojer vom Institut für Festkörperphysik der TU Graz.

Abstract Image

Die zwei oberen Bilder zeigen die lokale Zustandsdichte um das Fermi Niveau im undotierten Molekül (links) und im dotierten, in dem eines der zentralen C Atome durch B ersetzt wurde (rechts). Beide Moleküle sind an ihren Enden kovalent durch eine Thiolatgruppe an Goldelektroden gebunden sind. Man sieht deutlich, dass sich inm dotierten Fall ein durchgehender "Ladungstransportkanal" ausbildet, während im undotierten Molekül keine Zustandsdichte im Bereich des organischen Halbleiters zu erkennen ist. Die unteren Bilder zeigen schematisch die energetische Situation: im linken Bild sind die molekularen Niveaus ober- und unterhalb der Fermienergie zu finden, während im dotierten Molekül ein molekulares Niveau direkt an der Fermienergie gepinnt ist.
Quelle: Nano Letters

Moleküle statt Metall

Antrieb für diese Grundlagenforschung ist die Vision von Schaltungen, die nur mehr aus wenigen Molekülen bestehen. "Gelingt es, dass molekulare Bausteine vollständig die Rolle der verschiedenen Elemente einer Schaltung übernehmen, eröffnet sich eine Vielzahl an Anwendungsmöglichkeiten, deren ganzes Potential sich erst im Laufe der Zeit offenbaren wird; in unserer Arbeit zeigen wir den Weg zur Realisierung der elektrisch hoch leitenden Elemente", schwärmt Zojer von der Tragweite der Erkenntnis. Konkrete Perspektiven bieten sich etwa im Bereich der molekularen Elektronik, der Sensorik oder der Entwicklung biokompatibler Grenzflächen zwischen anorganischen und organischen Materialien: Letzteres meint den Kontakt zu biologischen Systemen wie etwa menschlichen Zellen, die durch die leitenden Moleküle in biokompatibler Art mit elektronischen Schaltungen verbunden werden können.

Quelle:

Doping Molecular Wires
G. Heimel, et. al., Nano Lett. 2009, DOI: 10.1021/nl9006613

Bitte zitieren Sie die Seite wie folgt:

Leitfähige Moleküle ermöglichen Nanoelektronik
(URL: http://www.organische-chemie.ch/chemie/2009jul/molekuel.shtm)

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