IBM fotografiert und vermisst einzelne Moleküle

Um das recht einfach aufgebaute Kohlenwasserstoff-Molekül Pentacen abbilden zu können, mussten es die Wissenschaftler 20 Stunden lang untersuchen. Als Messsensor diente dabei eine winzige Metallspitze, an deren dünnstem Ende ein einzelnes Kohlenstoffmonoxid-Molekül sitzt. Diese Konstruktion mit dem einzelnen Pentacen ist nur bei minus 268 Grad Celsius (5 Kelvin) und einem nahezu perfekten Vakuum stabil.

• 

Die Messspitze über dem Pentacen-Molekül

Da die Metallspitze die Kräfte der Atome nur bei etwa einem Nanometer Abstand wahrnehmen kann, war deren Positionierung eines der größten Probleme: Kommt sie zu nahe, wird sie vom Pentacen angezogen und beschädigt, ist sie zu weit entfernt, kommt die Messung nicht zustande. Bei einem Abstand von rund einem halben Nanometer stellte sich schließlich der gewünschte Effekt ein.

Das Ergebnis sind dreidimensionale Abbildungen des Moleküls samt genau vermessener Abstände der Atome. Das ist nicht nur ein Durchbruch für die Chemie und Physik als reine Wissenschaft, sondern auch für die Materialforschung: Viele Effekte von Molekülen, gerade in der Halbleitertechnik, werden zwar schon industriell angewandt, sind aber noch nicht verstanden worden.

Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler um Leo Gross, Fabian Mohn, Nikolaj Moll und Gerhard Meyer von IBM sowie Peter Liljeroth von der Universität in Utrecht in der Ausgabe der US-Zeitschrift Science vom 28. August 2009 veröffentlicht.