Einzelmoleküle als elektrische Leiter:
Internationalem Forscherteam gelingt entscheidender Fortschritt

Wissenschafter von der TU Graz, der Humboldt Universität zu Berlin, dem M.I.T., der Montanuniversität Leoben und dem Georgia Institute of Technology beteiligt

So klein und effizient wie möglich: Die Verwendung von Molekülen als stromleitende Elemente in elektronischen Schaltungen birgt großes Potential. Eine der Herausforderungen bisher: Die Stromleitung durch Moleküle setzt erst ab einer gewissen Schwellspannung ein. Einem internationalen Forscherteam unter Beteiligung der TU Graz ist nun der Durchbruch gelungen, indem Moleküle in einen bestimmten elektronischen Zustand versetzt werden: Mit einer ungeraden Anzahl an Elektronen sind Moleküle, die mit Metallelektroden im Kontakt sind, nämlich schon im niedrigen Spannungsbereich extrem leitfähig. Diese fundamentale Grundlagenerkenntnis in dem sehr aktiven Forschungsfeld der Nanotechnologie bringt Anwendungsmöglichkeiten in viele Richtungen: Effizientere Mikrochips und Bauelemente mit stark erhöhten Speicherdichten sind denkbar. Die Ergebnisse ihrer Arbeit präsentieren die Forscher in der aktuellen Ausgabe des renommierten Fachjournals „Nano Letters“.

Ein Elektron statt zwei: Ist die Anzahl der Elektronen, also der Träger der elektrischen Ladung, in einem Molekül ungerade, so wird das Molekül auch schon bei niedrigen Spannungen zum Leiter mit geringem Widerstand. Was in der Beschreibung simpel klingt, ist eine fundamentale Erkenntnis im Bereich der Nanotechnologie: Metallische Elemente in molekularen elektronischen Schaltungen können damit nämlich durch Einzelmoleküle ersetzt werden. „Damit kommen wir der ultimativen Miniaturisierung elektronischer Bauteile einen entscheidenden Schritt näher“, erklärt Egbert Zojer vom Institut für Festkörperphysik der TU Graz.

Moleküle statt Metall

Antrieb für diese Grundlagenforschung ist die Vision von Schaltungen, die nur mehr aus wenigen Molekülen bestehen. „Gelingt es, dass molekulare Bausteine vollständig die Rolle der verschiedenen Elemente einer Schaltung übernehmen, eröffnet sich eine Vielzahl an Anwendungsmöglichkeiten, deren ganzes Potential sich erst im Laufe der Zeit offenbaren wird; in unserer Arbeit zeigen wir den Weg zur Realisierung der elektrisch hoch leitenden Elemente“, schwärmt Zojer von der Tragweite der Erkenntnis. Konkrete Perspektiven bieten sich etwa im Bereich der molekularen Elektronik, der Sensorik oder der Entwicklung biokompatibler Grenzflächen zwischen anorganischen und organischen Materialien: Letzteres meint den Kontakt zu biologischen Systemen wie etwa menschlichen Zellen, die durch die leitenden Moleküle in biokompatibler Art mit elektronischen Schaltungen verbunden werden können.