18.01.2021 • Materialwissenschaften

Stabile Verankerung von Metallatomen auf einem Isolator bei Zimmertemperatur

Moleküle der metallhaltigen Verbindung Molybdänacetat bilden geordnete Struktur auf dem Isolator Calcit.

Um künftig immer kleinere elektronische Speicher oder Sensoren herzustellen, ist es entscheidend, einzelne Metall­atome auf einer isolierenden Schicht anordnen zu können. Wissen­schaftler der Uni Bielefeld ist dies jetzt bei Zimmer­temperatur gelungen: Moleküle der metall­haltigen Verbindung Molybdän­acetat bilden auf dem Isolator Calcit eine geordnete Struktur, ohne an andere Positionen zu springen oder sich zu drehen.

Abb.: Mit diesem Raster­kraft­mikro­skop haben die Forscher ihre...
Abb.: Mit diesem Raster­kraft­mikro­skop haben die Forscher ihre Unter­suchung durch­ge­führt. (Bild: M.-D. Müller, U. Bielefeld)

„Bisher ist es schwierig, Metallatome auf einer Isolator­ober­fläche anzuordnen. Auf einer Metall­ober­fläche ist das leichter, nützt aber für die Anwendung in elektro­nischen Bauteilen nicht so viel“, erläutert Team-Leiterin Angelika Kühnle von der Uni Bielefeld. „Wir haben eine Möglichkeit gefunden, wie Metall­atome auf Isolatoren in einer gitter­artigen Struktur angeordnet werden können.“

Die Schwierigkeit besteht darin, die Metall­atome auch bei Zimmer­temperatur stabil zu verankern – ohne dass sie sich unter­ein­ander anziehen, an andere Positionen springen oder sich drehen. Bisher konnten Wissen­schaftler bei sehr tiefen Temperaturen schon kleine Moleküle auf Isolatoren anordnen, bei Zimmer­temperatur waren diese jedoch zu beweglich. Größere Moleküle lösten das Problem der Beweg­lich­keit, bildeten aber schnell Cluster.

Kühnle und ihre Arbeitsgruppe verwendeten für ihre Forschung Molybdän­acetat, eine Verbindung, die jeweils zwei Atome des Metalls Molybdän enthält. Dass diese Verbindung interessante strukturelle Eigen­schaften auf einer Gold­ober­fläche zeigt, hatte zuvor bereits ein Forschungs­team der TU Kaisers­lautern entdeckt. „Wird Molybdän­acetat nun auf eine Calcit-Oberfläche aufgebracht, bilden die Moleküle eine geordnete Struktur. Damit sind auch die Molybdän-Atome angeordnet“, sagt Team-Mitglied Simon Aeschlimann. „Mit verschiedenen Experi­menten und Simula­tionen konnten wir zeigen, dass die Molybdän­acetat-Moleküle weder springen oder sich drehen noch Cluster bilden. Sie sind fest auf der Calcit-Oberfläche verankert.“

Ihre Experimente haben die Forscher mithilfe eines Raster­kraft­mikroskops durch­geführt. So haben die Wissen­schaftler zum Beispiel untersucht, wo sich die Molybdän­acetat-Moleküle auf der Calcit-Oberfläche befinden und in welche Richtung sie sich ausrichten. Die geordnete Struktur entsteht, weil sich die Molybdän­acetat-Moleküle passgenau zur Ladungs­verteilung der Calcit-Oberfläche ausrichten. Calcit besteht aus Calcium- und Carbonat-Bausteinen, die eine regel­mäßige Gitter­struktur bilden. „Jedes Molybdän­acetat-Molekül passt nur an eine ganz bestimmte Stelle auf der Calcit-Oberfläche und wechsel­wirkt gleich­zeitig nicht mit seinen benach­barten Molybdän­acetat-Molekülen. Dadurch ist es fest verankert“, sagt Kühnle.

Kühnle interessiert sich vor allem für die Frage, wie sich molekulare Strukturen auf Ober­flächen oder Grenz­flächen bilden. Für elektro­nische Anwendungen sind die Ergebnisse aber auch relevant: Lassen sich nach dem gleichen Prinzip zum Beispiel magnetische Metalle anordnen, könnte das genutzt werden, um Daten­speicher im Nanometer­bereich herzu­stellen. Weitere Anwendungs­möglichkeiten sehen die Forscher bei optischen und chemischen Sensoren.

­

U. Bielefeld / RK

Weitere Infos

 

EnergyViews

EnergyViews
Dossier

EnergyViews

Die neuesten Meldungen zu Energieforschung und -technologie von pro-physik.de und Physik in unserer Zeit.

ContentAd

Kleinste auf dem Markt erhältliche Hochleistungs-Turbopumpe

Kleinste auf dem Markt erhältliche Hochleistungs-Turbopumpe

Die HiPace 10 Neo ist ein effizienter, kompakter Allrounder für den Prüfalltag, der geräuscharm und besonders energieeffizient ist.

Meist gelesen

Themen