Eine Idee führt zum parallelen Ketten

3D-Darstellung der Molekülkette

Bis jetzt bilden speziell designte Moleküle, die sich in abwechselnder Reihenfolge aneinander anlagern keine sehr langen Ketten, denn Oberflächen sind auf atomarer Ebene stets uneben – regelrechte Stufen, die für die Molekülketten unüberwindbar sind.

Roman Fasel und seine Kollegen wollten daher die Stufen parallel zueinander ausrichten, wie in einer ellenlangen Treppe, damit sich dann auch die Molekülketten, die sich bevorzugt entlang den Stufenkanten bilden, zu einem langen, parallelen Gittermuster anordnen.

Die Doktorandin Marta Cañas-Ventura von der EPF Lausanne und ihre Empa-Kollegen präparierten die Oberflächen eines Gold-Einkristalls entsprechend. Nach etlichen Zyklen unter Argon-Ionenbeschuss und Erhitzen wies die Goldoberfläche unzählige parallele Stufen auf, alle genau eine Goldatomschicht hoch, die zudem in einem regelmässigen Abstand von 5.8 Nanometer parallel zueinander verliefen.

Sie dampften die Bausteine der Nano-Ketten im Hochvakuum auf die Goldoberfläche auf. Das Rastertunnelmikroskop bestätigte die Überlegungen: Bei geringen Konzentrationen der beiden Kettenbausteine bildete sich an jeder Stufe eine einzelne Kette; bei höheren Konzentrationen eine Doppelkette. Die Doppelketten wiesen mit defektfreien Bereichen von rund 30 Nanometer sogar eine deutlich bessere Ordnung auf als die Einzelketten, "vermutlich, weil sich beide Ketten gegenseitig stabilisieren", so Fasel.

Insgesamt bildete sich eine Art Gitter auf der Goldoberfläche, bei dem unzählige Nano-Ketten in regelmäßigem Abstand parallel verliefen. Ein Manko haben die sich selbst organisierenden supramolekularen Ketten allerdings noch: Als Leiter für die molekulare Elektronik sind sie nicht geeignet, da sie einerseits mit einem metallischen Substrat - Gold - in Kontakt sind, und andererseits eine zu geringe Leitfähigkeit aufweisen. Die Empa-Forscher arbeiten deshalb intensiv an Methoden, um auch Molekülklassen, die sich zur Stromleitung besser eignen, auf isolierenden Oberflächen zu supramolekularen Drähten anzuordnen.

COMPAMED.de; Quelle: Empa. Materialforschung und Technologie