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Das dünnste Kabel der Welt

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Grazer Forscher konstruieren feinste Strukturen, die Elektronen leiten.

Wie klein können elektrische Leiter werden? Irgendwann muss mit der Miniaturisierung Schluss sein, spätestens dann, wenn Schaltkreise nur mehr wenige Atome groß sind. Auf solchen Größenskalen arbeitet Egbert Zojer am Institut für Festkörperphysik der TU Graz. Gemeinsam mit Kollegen der Berliner Humboldt-Universität und der Montanuni Leoben untersucht er in Computermodellen Stromleitungen, die nur ein Molekül dick sind.

Normalerweise bestehen elektrische Leitungen aus Metallen. In diesen bilden Atome durchgehende Kristallgitter, zwischen denen sich Elektronen frei bewegen können und so Strom, aber auch Wärme gut leiten. Bei Leitungen aus einzelnen Molekülen war diese Leitfähigkeit bisher nicht gegeben: Erst ab einer gewissen Spannung floss Strom, darunter nicht.

Nun haben die Forscher in einem von der EU und vom FWF geförderten Projekt entdeckt, wie sich dieses Problem lösen lässt: Sie „dotieren“ organische Moleküle, ersetzen also ein Kohlenstoffatom durch ein Brom- oder Stickstoffatom, sodass die Moleküle eine ungerade Zahl von Elektronen haben. So werden die Moleküle leitfähig wie Metall, auch bei geringen Spannungen fließt Strom.


Ultimative Miniaturisierung. „Durch diese grundlegende Erkenntnis kommen wir der ultimativen Miniaturisierung elektronischer Bauteile einen entscheidenden Schritt näher“, so Zojer. Diese Methode funktioniert für verschiedenste Moleküle. Vor Kurzem wurde dieser Effekt von anderen Arbeitsgruppen auch experimentell nachgewiesen. Allerdings ist erst durch die Simulationen von Zojer und seinen Kollegen ein tieferes Verständnis der Effekte möglich, das sich für künftige Entwicklungen nutzen lässt.

Diese Forschungen fügen sich in eine Reihe mit Arbeiten, in denen mit elektronischen Nano-Bauteilen experimentiert wird. „Das Forschungsgebiet erlebt gerade einen zweiten Frühling“, meint Zojer. Viele der bisherigen Ergebnisse stellten sich im Nachhinein als fehlerhaft heraus. „Nachdem der anfängliche Hype abgeflaut ist, dominiert nun eine sehr viel sorgfältigere Herangehensweise.“

Ihre technologische Anwendung werden die leitenden Moleküle nicht nur in der Elektronik von morgen finden: Mit ihnen lassen sich etwa Sensoren für lebenswichtige oder auch gefährliche Chemikalien realisieren. Sie könnten aber auch als Bio-Adapter genutzt werden, um elektrischen Kontakt zwischen Computerchips und lebendem Gewebe herzustellen. „Lebende Zellen mögen Metall nicht“, erklärt der Grazer Physiker. Organische Moleküle könnten verträglicher sein.

("Die Presse", Print-Ausgabe, 27.09.2009)