Kontrolle über die Leitfähigkeit einzelner Moleküle

Die räumliche Orientierung eines Moleküls beeinflusst dessen elektrische Eigenschaften.

Wissenschaftler am Biodesign Institut der Arizona State University konnten demonstrieren, wie man die elektrische Leitfähigkeit eines einzelnen Moleküls durch dessen mechanische Eigenschaften beeinflusst. Eine solche Kontrolle könnte zum Beispiel in winzigen Sensoren Anwendung finden.

Die Gruppe um Nongjian Tao untersuchte die elektromechanischen Eigenschaften eines einzelnen Pentaphenylen-Moleküls, welches zwischen zwei Goldelektroden eingespannt wurde. Über die Elektroden wurde die Leitfähigkeit gemessen, abhängig von der räumlichen Orientierung des Moleküls zu den Elektrodenoberflächen. Dabei änderte sich die Leitfähigkeit um eine ganze Größenordnung.

Grund für die starke Abhängigkeit von der Ausrichtung sind die π-Orbitale des Moleküls. Diese können bei starker Neigung des Moleküls mit Orbitalen der Goldatome in den Elektroden überlappen, wodurch eine bessere Leitfähigkeit hervorgerufen wird. Die Eigenschaft, solche Bindungen einzugehen, ist nicht allen Molekülen gemeinsam – Tetraphenyl beispielsweise zeigt diesen Effekt nicht. Für Anwendungen gilt es also, geeignete Spezies von Molekülen zu ersinnen, um diese Eigenschaft maximal ausnutzen zu können.

ASU / KK