TU-Chemnitz erforscht molekulare Nanostrukturen

Natur als Hilfe beim Übergang zur Nanoelektronik

An der Professur für "Analytik an Festkörperoberflächen" der Chemnitzer Universität ist es erstmals gelungen, bislang unbekannte molekulare Nanostrukturen zu erzeugen, abzubilden und zu untersuchen. Diese natürlich gebildeten Strukturmuster erinnern an Bienenwaben oder Blumenmuster und könnten sich in Zukunft als wichtiges Element beim Übergang von der Mikro- zur Nanoelektronik erweisen.

Mit Hilfe des Raster-Tunnel-Mikroskops sind die Nachwuchswissenschaftler Markus Lackinger aus Chemnitz und Stefan Griessl aus München der Natur auf die Schliche gekommen. In einem gemeinsamen Promotionsprojekt, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wird, analysieren die zwei Doktoranden seit letztem Jahr, zu welchen Strukturen sich organische Moleküle auf atomar glatten Kristalloberflächen im Ultrahochvakuum organisieren.

Lackinger und Griessl haben festgestellt, dass sich die Moleküle in der organischen Schicht nicht einfach nebeneinander anordnen, sondern beispielsweise ein wabenförmiges Muster bilden. Diese Waben- oder Blumenstruktur wird durch Wasserstoffbrücken hervorgerufen, mit denen sich jeweils sechs benachbarte Moleküle zu einem Ring zusammenschließen. In ihrer Mitte bildet sich auf diese Weise eine nur ein Nanometer kleine Wabe, die in milliardenfacher Wiederholung zu einer Schichtstruktur führt, mit der ein Durchbruch in die Welt der Nanoelektronik gelingen könnte.

Die an der TU Chemnitz entdeckte molekulare Wabenstruktur (Foto: TU Chemnitz)

"Theoretisch lassen sich diese winzigen Waben-Fächer nach Belieben füllen", erläutert Prof. Dr. Michael Hietschold, der das Promotionsprojekt gemeinsam mit Prof. Dr. Wolfgang Heckl von der Ludwig-Maximilans-Universität München betreut. Mit Molekülen zum Beispiel, die später die elektronischen Aufgaben eines Schalters oder Verstärkers wahrnehmen könnten. Oder mit kleinsten Metallteilchen, die winzige Cluster aus nur wenigen Atomen bilden und interessante elektrische Eigenschaften vermuten lassen.

Wenn die großflächig geordneten Molekülstrukturen quasi von selbst entstehen, wird dies als "Selbstassemblierung" bezeichnet. Da ein solches Vorgehen, in dem nicht mehr jedes einzelne Molekül gezielt positioniert werden muss, noch in den Kinderschuhen steckt, geht es in dem gemeinsamen Promotionsprojekt der TU Chemnitz und der Ludwig-Maximilians-Universität München auch weiterhin um Grundlagenforschung.