20.10.2010

Moleküle und Elektronen in schwungvollem Takt

Beim Stromfluss durch Moleküle bewegen sich Atomkerne und Elektronen nicht unabhängig sondern gekoppelt.

Beim Stromfluss durch Moleküle bewegen sich Atomkerne und Elektronen nicht unabhängig sondern gekoppelt.

Elektronische Geräte wie Computer, Handy und Co. werden immer kleiner und effizienter. Großen Anteil an dieser Entwicklung hatte bislang die Mikroelektronik. Um technologische Grenzen der Miniaturisierung zu überwinden, erforscht man Alternativen zur herkömmlichen Halbleiterelektronik. Eine Option ist die Molekularelektronik, bei der elektronische Schaltungen künftig direkt aus einzelnen, leitfähigen Molekülen verdrahtet werden sollen. Solche molekularen Drähte untersucht der Experimentalphysiker Jascha Repp von der Universität Regensburg in Zusammenarbeit mit Kollegen des IBM Research – Zürich. In molekularen Drähten aus Oligothiophen-Molekülen haben die Wissenschaftler nun eine Kopplung der Bewegung von Atomkernen und der Bewegung von Elektronen beobachtet. Bisher ging man davon aus, dass sie sich unabhängig voneinander bewegen.

Abb.: Illustration der gekoppelten Bewegung der Atomkerne und Elektronen in einem molekularen Draht. Das Kugelmodell stellt das verwendete Oligothiophen-Molekül dar. (Bild: Jascha Repp)

In der Mikroelektronik werden Elektronen durch Halbleiterstrukturen geschickt, die sich zwar bereits im Nanometerbereich befinden, bezogen auf atomare Maßstäbe jedoch immer noch sehr groß sind. Hier ist die Kopplung der Elektronen an die Kernbewegung naturgemäß relativ schwach ausgeprägt. In der molekularen Elektronik dagegen fällt diese viel größer aus. Aus Sicht der konventionellen Elektronik ist dies ein Nachteil, führt es doch zu einer unerwünschten Erwärmung des Bauteils. Doch die Elektronik der Zukunft wird möglicherweise nicht aus herkömmlichen Transistor-Bauelementen aufgebaut sein, sondern auf völlig anderen Mechanismen basieren. Insofern eröffnet die beobachtete Kopplung die Möglichkeit zu gänzlich neuer Funktionalität, bei der mechanische Bewegung in Molekülen eine Rolle spielen könnte.

Universität Regensburg/MH

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