Atomare Kabel mit Schutzhülle

Stabile Metallnanodrähte mit Durchmessern einzelner Atome im Inneren von Kohlenstoffnanoröhren.

Drähte in atomaren Dimensionen sind interessante Bauelemente für zukünftige nanoskopische elektronische Bauteile. Solche feinen Drähte zeigen völlig neue elektronische Eigenschaften. Neben der nicht ganz leichten Herstellung metallischer Nanodrähte ist ihre hohe chemische Reaktivität das Hauptproblem: Sie oxidieren leicht an Luft und sind nicht stabil. Japanische Forscher um R. Kitaura und H. Shinohara haben jetzt eine neue Methode entwickelt, die einfach ist und gleichzeitig stabile Nanodrähte liefert: Sie lagern die Metallatome in das Innern von Kohlenstoffnanoröhrchen ein. Dabei entstehen Metalldrähte aus einzelnen aneinander gereihten Atomen, die durch ihre Hülle so gut geschützt werden, dass sie auch langfristig stabil bleiben.

 

Abb.: Bei der Herstellung stabiler Metallnanodrähte füllen Metallatome das Innere von Kohlenstoffnanoröhrchen fast vollständig auf. (Bild: R. Kitaura et al., Wiley-VCH)

Die Herstellungsmethode besteht einfach darin, Kohlenstoffnanoröhrchen und ein Metallpulver unter Vakuum zu erhitzen. Sie funktioniert für alle Metalle, die bereits bei relativ geringen Temperaturen in den gasförmigen Zustand übergehen, beispielsweise Europium, Samarium, Ytterbium und Strontium. Die Metallatome füllen den Hohlraum innerhalb der Kohlenstoffnanoröhrchen fast vollständig auf. Mit Europium und Kohlenstoffnanoröhrchen mit einem Innendurchmesser von etwa 0,76 nm gelang es den Forschern, Drähte zu gewinnen, die nur aus einer einzelnen Kette aus aneinander gereihten Atomen bestehen. Dieser erste wahrhaftig eindimensionale Nanodraht war auch nach einem Monat an Luft immer noch stabil.

Durch Verwendung von Kohlenstoffnanoröhrchen mit anderen Innendurchmessern ließen sich ultradünne Drähte mit verschiedenen Durchmessern herstellen, beispielsweise aus zwei oder vier atomaren Ketten. Im Vergleich zum makroskopischen Europiumkristall zeigten die atomaren Drähte deutlich veränderte elektronische und magnetische Eigenschaften.

Die Nanodrähte sind ein ideales Modell, um eindimensionale Phänomene zu studieren. Die Forscher wollen nun die Eigenschaften der Drähte prüfen in Hinblick auf ihre Eignung als „Verkabelung“ für nanoelektronische Bauteile.

Angewandte Chemie

 KP