Molecular Electronics: An Introduction to Theory and Experiment

Juan Carlos Cuevas (Universidad Autonoma de Madrid) und Elke Scheer (Universität Konstanz) haben sich zusammengetan, um eine Monografie zur molekularen Elektronik zusammenzustellen, die auf der Höhe der Zeit ist. Das Ergebnis eignet sich sowohl als zuverlässiges Nachschlagewerk für aktive Forscher als auch als Lehrbuch für fortgeschrittene Studierende.

Cuevas und Scheer stellen die Durchbrüche bei der Erforschung der Ladungswanderung auf molekularen Skala systematisch dar. Das beinhaltet auch eine tiefgehende theoretische Beschreibung der Mechanismen des Quantentransports – vom kohärenten Transport nach Landauer und Keldysh bis zur Coulomb-Blockade und zum Kondo-Effekt. Hiermit bietet sich die richtige Perspektive für die experimentellen Ergebnisse in Bezug auf Art und Qualität der Elektroden, Kontakte und Brücken­moleküle.

Das Buch ist sehr klar strukturiert. Die ersten Kapitel präsentieren den Kontext der molekularen Elektronik im breiteren Feld der Nanotechnologie und führen in die Haupttechniken ein, die den Rahmen für Experimente zum Quantentransport auf der molekularen Skala bilden, wie Rasterelektronenmikroskopie, mechanisch kontrollierbare Bruchkontakte oder Elektromigrations-Methoden. Einigen Raum nimmt auch eine der entscheidendsten Herausforderungen der Nanoelektronik ein, nämlich das Problem, wohldefinierte und reproduzierbare elektrische Kontakte zwischen einzelnen Molekülen oder molekularen Anordnungen und metallischen Elektroden herzustellen.

Der anschließend eingeführte Formalismus dient dann dazu, Ausdrücke für den elektrischen Strom abzuleiten, nicht nur im wechselwirkungsfreien Fall (freie Elektronen), sondern auch für komplexere Situationen, in denen Ladungen an dynamische Freiheitsgrade und externe Felder koppeln. Der theoretische Teil schließt mit zwei Kapiteln über elektronische Struktur-Methodologien, die sich insbesondere auf „tight-binding“-Modelle und Dichtefunktional­theorie konzentrieren.
In großer Ausführlichkeit werden metallische Kontakte, die aus wenigen Atomen bestehen (Kap. 11 und 12), und der Transport durch molekulare Kontakte (Kap. 13 – 20) behandelt. An metallischen Punktkontakten ließ sich erstmals die Leitwertquantisierung nachzuweisen, und sind somit integraler Teil der noch jungen Geschichte der Nanoelektronik. Transport durch molekulare Kontakte bietet auf der anderen Seite eine eindrucksvolle Vielfalt an komplexen physikalischen Phänomenen, die grob nach der Kopplungsstärke zwischen dem molekularen System und den metallischen Elektroden klassifiziert werden können.

Wenn man das Buch als Lehrbuch benutzt, erweisen sich sowohl die vorgeschlagenen Übungsaufgaben als auch die ausführliche Literaturliste als sehr nützlich. Ich werde das Buch jedenfalls für meine Lehrveranstaltungen nutzen.

Prof. Dr. Gianaurelio Cuniberti, Professur für Materialwissenschaft und Nanotechnik, Institut für Werkstoffwissenschaft und Max-Bergmann-Zentrum für Biomaterialien, Technische Universität Dresden