27.03.2023

Selbstorganisierte Nanoschichten

Herstellungsweise von Nano-Inseln bestimmt ihre Form.

Die Selbstorganisation spezieller Moleküle reicht aus, um Nanoschichten gezielt wachsen zu lassen. Das hat ein Marburger Forschungs­team aus Physik und Chemie herausgefunden. „Unsere Studie verfolgt das Ziel, Ordnungs­mechanismen zu identifizieren, um mit deren Hilfe die Form molekularer Nano­schichten zu bestimmen“, erklärt der Marburger Physiker Gregor Witte, der verantwortliche Leiter der aktuellen Studie.

 

Abb.: Gregor Witte, Maximilian Dreher und Pierre Martin Dombrowski klärten die...
Abb.: Gregor Witte, Maximilian Dreher und Pierre Martin Dombrowski klärten die Ordnungs­mechanismen in molekularen Nano­materialien auf. (Bild: P. Osswald)

Eine Möglichkeit, Nano-Strukturen herzustellen, besteht darin, dünne Molekül­schichten mittels chemischer Bindungen auf einer Unterlage zu fixieren. „Dies ermöglicht die Herstellung von porösen Netzwerken oder Nanobändern. Jedoch sind solche Strukturen starr und können wegen der starken Bindungen an das Substrat nicht mehr umgestaltet werden“, sagt Wittes Doktorand Maximilian Dreher, der die Strukturen mittels hochauflösender Sonden­mikroskopie untersucht hat.

Eine bisher kaum untersuchte Alternative besteht darin, sich auf schwache Wechselwirkungen zwischen Molekülen zu stützen. „In der Natur gibt es mannigfache Selbst­organisations­prozesse, die auf solchen schwachen Wechsel­wirkungen beruhen“, hebt der Chemiker Ulrich Koert hervor. Als eines der bekanntesten Beispiele nennt er die Erbsubstanz DNA, deren zwei gegensinnige Stränge durch schwache Wechselwirkungen aneinander­haften.

Die Chemiker um Koert lieferten spezielle Moleküle, deren Ladungs­verteilung zu einer eigentümlichen Anordnung führt. Dem Team gelang es, Schichten dieser Moleküle auf einer Unterlage abzuscheiden, ohne dass die Moleküle eine chemische Bindung mit dem darunter befindlichen Trägermaterial eingehen. „Dabei stellten wir fest, dass die Art und Weise, wie die Nano-Inseln hergestellt werden, ihre Form bestimmt“, berichtet Witte. „Scheidet man weniger als eine ganze Moleküllage ab, so ergibt sich eine andere Inselform, als wenn man eine vollständige Lage durch Heizen ausdünnt“, führt Pierre Dombrowski aus, ein weiterer Doktorand aus Wittes Labor, der diesen Ordnungsprozess theoretisch analysiert hat.

„Durch geeignetes Design der Moleküle gelingt es also, die Form zwei­dimensionaler Molekül­inseln zu kontrollieren, deren Gestalt nicht durch chemische Anbindung an die Unterlage bestimmt wird und somit eine neuartige Strukturierung molekularer Nanosystem ermöglicht“, fasst Witte zusammen. Witte leitet eine Arbeitsgruppe für Molekulare Festkörperphysik an der Philipps-Universität. Koert lehrt Organische Chemie in Marburg. Beide gehören dem Marburger Sonderforschungsbereich „Struktur und Dynamik innerer Grenzflächen“ der Deutschen Forschungs­gemeinschaft an, der die zugrunde­liegende wissenschaftliche Arbeit finanziell unterstützt hat.

U. Marburg / DE

 

Weitere Infos

Sonderhefte

Physics' Best und Best of
Sonderausgaben

Physics' Best und Best of

Die Sonder­ausgaben präsentieren kompakt und übersichtlich neue Produkt­informationen und ihre Anwendungen und bieten für Nutzer wie Unternehmen ein zusätzliches Forum.

Jobbörse

Physik Jobbörse in Freiburg und Berlin
Eine Kooperation von Wiley und der DPG

Physik Jobbörse in Freiburg und Berlin

Freiburg, 13.-14.03.2024, Berlin, 19.-21.03.2024
Die Präsentationen dauern jeweils eine Stunde, am Ende der Veranstaltung ist Zeit für Q&A eingeplant.

Meist gelesen

Themen