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Zuletzt hat der Physiker Leonhard Grill Räder konstruiert, die aus nur wenigen Atomen bestanden. Nun begibt er sich mit Nano-Architektur auf dem Weg zu atomaren Schaltkreisen.

Foto: APA/Leonhard Grill
Wien - Wenn der aus Graz stammende Physiker Leonhard Grill etwas baut, dann tut er das in einem der kleinsten möglichen Maßstäbe. Dem Nano-Forscher ist es bereits gelungen, ein Rad aus nur wenigen Atomen zu zusammenzusetzen, nun widmet er sich der exakten und gezielten Anordnung von einzelnen Molekülen auf einer Unterlage. Gill und seinem Team an der Freien Universität Berlin ist es gelungen, eine vorgegebene Architektur auf atomarer Ebene aufzubauen. Fernziel ist die Konstruktion von Schaltkreisen mit einer ungeahnten Dichte an Transistoren. Die Ergebnisse dieser Experimente wurden in der jüngsten Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift "Nature Nanotechnology" veröffentlicht.

Grill hatte erst vor wenigen Monaten mit der Verwirklichung des weltweit ersten Nano-Rades für Aufsehen gesorgt. Dabei ließ er ein 0,8 Nanometer (ein Nanometer ist der Millionste Teil eines Millimeters) kleines Rädchen aus wenigen Atomen über eine Kupfer-Oberfläche rollen.

Porphyrin mit Beinchen

Für die neuen Experimente hatte sich der Wissenschafter den Aufbau einer molekularen Architektur auf einer Trägerschicht aus Gold vorgenommen. "Der Kern der molekularen Strukturen bestand aus Porphyrin, einer organischen Verbindung", erklärte der Wissenschafter. Gleichsam als Beinchen erhielt das Grundgerüst seitlich Benzol-Ringe angehängt, und daran haften wiederum Brom-Atome.

Wenn man das Ganze gezielt erwärmt, spaltet sich das Brom wie an einer Soll-Bruchstelle ab. Dadurch werden die Beinchen gleichsam aktiviert und chemisch reaktiv. In Folge können die Forscher andere Moleküle anhängen, es ergibt sich eine chemisch sehr stabile, sogenannte kovalente Bindung.

Abspaltung eines einzelnen Atoms

Durch gezieltes Design verschiedener molekularer Bausteine konnten die Wissenschafter zeigen, wie sich die Form der erzeugten Strukturen exakt einstellen lässt. Mittels des Rastertunnelmikroskops lassen sich sogar einzelne Brom-Atome durch Energiezufuhr abspalten, dann binden sich nur an die entsprechend aktivierten Beinchen andere Atome.

Langfristiges Ziel der Grundlagen-Arbeiten ist der Aufbau von Nano-Schaltkreisen. Die Voraussetzung für einen Ladungstransport, also die Leitung von elektrischem Strom, ist durch die im Experiment erzeugten, kovalenten chemischen Bindungen jedenfalls gegeben, so Grill.

Die atomare Größenordnung würde einen enormen Fortschritt in der Miniaturisierung der Elektronik bedeuten. Aus den geringen Abmessungen der molekularen Bausteine würde sich eine Dichte von Schaltelementen ergeben, die rund 10.000 Mal höher wäre als in der herkömmliche Elektronik. (APA/Red)