Selbstorganisierte Superstruktur
Kontrolle über die Größe von Molekül-Superstrukturen auf Oberflächen.
Die meisten technischen Geräte werden von Menschen oder Maschinen aus einzelnen Komponenten Stück für Stück nach einem Bauplan zusammengesetzt. Lebende Organismen hingegen basieren auf einem anderen Konzept, Moleküle ordnen sich selbständig zu größeren Einheiten an. Ein einfaches Beispiel für diese molekulare Selbstorganisation ist das Wachsen nahezu perfekter Kristalle aus Zucker- oder Salzmolekülen, die sich ziellos in einer Lösung bewegen. Um die Bildung makroskopischer Strukturen aus Molekülen besser zu verstehen, hat ein Forschungsteam aus der Experimentellen und Angewandten Physik sowie der Organischen Chemie der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel derartige Prozesse mit maßgeschneiderten Molekülen nachgeahmt. Die Forscher konnten verschiedene Muster von Molekülen unterschiedlicher Größe herstellen, darunter regelrechte Superstrukturen.
Die Forscher brachten dreieckige Moleküle (Methyltrioxatriangulenium) auf Gold- und Silberoberflächen auf und untersuchten mit einem Rastertunnelmikroskop die sich bildenden wabenförmigen Molekülanordnungen. Sie bestehen aus regelmäßigen Mustern, deren Größe die Wissenschaftler steuern konnten. „Unsere größten Muster enthalten Untereinheiten mit je 3.000 Molekülen – das sind etwa zehnmal mehr als bisher berichtet wurde“, sagt Manuel Gruber vom Institut für Experimentelle und Angewandte Physik.
Das Forschungsteam entwickelte außerdem ein Modell der Kräfte zwischen den Molekülen, die die Strukturbildung bestimmen. „Das Besondere an unseren Ergebnissen ist, dass wir die unerwartet großen Strukturen erklären, vorhersagen und nun auch gezielt erzeugen können", so Gruber weiter. „Das ist nützlich für nanotechnologische Anwendungen wie die Funktionalisierung von Oberflächen.“
Die Arbeit wurde gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG im Rahmen des Kieler Sonderforschungsbereichs 677 „Funktion durch Schalten“ und des DFG-Schwerpunktprogramms 1928 „Koordinationsnetzwerke als Bausteine für Funktionssysteme“.
CAU Kiel / JOL
Weitere Infos
- Originalveröffentlichung
T. Jasper-Tonnies et al.: Coverage‐Controlled Superstructures of C3‐Symmetric Molecules: Honeycomb versus Hexagonal Tiling, Ang. Chem., online 27. Februar 2020; DOI: 10.1002/ange.202001383 - Oberflächenphysik, Christian-Albrechts-Universität CAU, Kiel
- Otto Diels-Institut für Organische Chemie, CAU, Kiel
