Neue Perspektiven für Anwendungen in der Dünnschichttechnologie
Mit neuen Methoden gasförmige, geladene Molekülbruchstücke zu neuen, komplexen Molekülen zusammensetzen.
Seit fünf Jahren arbeiten Forscher der Uni Leipzig an grundlegend neuen Methoden, um gasförmige, geladene Molekülbruchstücke gezielt zu neuen, komplexen Molekülen zusammenzusetzen. Die neu synthetisierten Substanzen werden auf Oberflächen abgeschieden. Dieses innovative Verfahren eröffnet neue Perspektiven für Anwendungen in der modernen Nanoelektronik und Sensorik. Es bietet auch neue Forschungsansätze in verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen, die von der Katalysatorforschung bis hin zu medizinischen Anwendungen reichen.
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„Bisher wurden geladene Molekülbruchstücke hauptsächlich in der analytischen Chemie untersucht, um die Struktur von Molekülen zu bestimmen. Die Forschung der letzten Jahre hat jedoch gezeigt, dass diese Molekülbruchstücke auch für synthetische Anwendungen von großer Bedeutung sind. Durch ihre kontrollierte Abscheidung auf Oberflächen können chemische Reaktionen initiiert werden, die mit herkömmlichen Synthesemethoden nicht möglich wären“, erklärt Forschergruppenleiter Jonas Warneke von der Uni Leipzig.
Die verwendeten Forschungsinstrumente, die speziell für Dünnschichtsynthesen mit geladenen Molekülbruchstücken optimiert wurden, existieren weltweit nur an zwei Standorten. Sie wurden gemeinsam von den Forschungsgruppen um Warneke und Julia Laskin von der Purdue University in den USA entwickelt. Als Dünnschichtsynthese bezeichnet man die Herstellung dünner Schichten mit Dicken im Nanometer- bis Mikrometerbereich.
Das Forschungsteam berichtet aktuell über seine Arbeiten zur kontrollierten chemischen Bindungsbildung mit „aggressiven“ Molekülbruchstücken. So konnte das chemisch reaktivste, negativ geladene Molekülbruchstück, das bisher bekannt ist, gezielt an andere Moleküle angebunden werden. Beispielsweise wurde auch der als wenig reaktiv geltende Stickstoff aus der Luft in Schichten auf Oberflächen gebunden. Das eröffnet neue Möglichkeiten, solche wenig reaktiven chemischen Rohstoffe zur Synthese neuer Moleküle und Funktionsmaterialien auf Oberflächen zu verwenden oder die Eigenschaften von Materialoberflächen gezielt zu verändern.
Das Forschungsteam beschreibt außerdem die Arbeiten zur Verknüpfung metallhaltiger, geladener Nanocluster, die aufgrund ihrer besonderen magnetischen und elektronischen Eigenschaften für Quantentechnologien von Interesse sind. Darüber hinaus wird über die Arbeit zur Entwicklung der Instrumente und zur Reaktion molekularer, geladener Katalysatoren auf Oberflächen berichtet.
„Wir möchten in den kommenden Jahren unsere Arbeiten durch die Entwicklung noch leistungsfähigerer Instrumente zur Dünnschichtsynthese mit Molekülfragmenten optimieren“, sagt Warneke. Das könnte die Synthese von Materialien im Mikromaßstab ermöglichen und den Weg für Anwendungen der außergewöhnlichen neuen Verbindungen, die aus Molekülbruchstücken zusammengesetzt wurden, in der Mikrosystemtechnik ebnen. Zudem entwickelt das Forschungsteam an der Uni Leipzig neue Wege zur Analyse großer Biomoleküle auf Oberflächen durch Anbindung geladener Molekülbruchstücke, was für das grundlegende Verständnis der biologischen Funktionen dieser Moleküle an Zelloberflächen von Bedeutung sein könnte.
U. Leipzig / RK
Weitere Infos
- Originalveröffentlichung
J. Warneke et al.: Molecular synthesis with gaseous fragment ions on surfaces, Nat. Rev. Chem., online 29. Mai 2025; DOI: 10.1038/s41570-025-00719-1 - AK Warneke, Wilhelm-Ostwald-Institut für physikalische und theoretische Chemie, Universität Leipzig
- J. Laskin Group, Dept. of Chemistry, Purdue University, West Lafayette, USA
