Molekulare Muster "stricken"

18.02.2016 - Deutschland

Es sind Bilder aus dem Mikroskop und doch sehen sie aus wie aus dem Handarbeitsheft: In einem Moment meint man ein Perlmuster zu sehen, im nächsten ein Lochmuster. Wissenschaftler aus der Arbeitsgruppe von Physikprofessor Rolf Möller vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) können mit atomarer Präzision Muster auf Oberflächen schreiben.

Das Phänomen nennt sich „Phasenübergang“ und begegnet uns im Alltag regelmäßig: sei es als Wasserdampf oder schmelzendes Schokoladeneis. Dass man per Mikroskop das beliebige Hin- und Herschalten zwischen zwei Phasen in Echtzeit beobachten kann, ist neu. Gelungen ist dies den beiden UDE-Wissenschaftlern Ben Wortmann und Dr. Christian Bobisch: Sie konnten erstmals ganze Oberflächenbereiche einer Probe dabei beobachten.

Christian Bobisch: „Das Experiment gelang uns mit einer geschlossenen Lage aus Kohlenstoffmonoxid-Molekülen, die auf einer Kupferunterlage ruht. Mit der feinen metallischen Spitze eines Rastertunnelmikroskops legten wir anschließend elektrische Felder an diese Probe an.“ Auf diese Weise können ganze Flächen innerhalb von Sekundenbruchteilen umgeschaltet werden – beliebig häufig und in einem einzigen Schritt. Die dabei entstandenen Fotos sind so präzise und hoch aufgelöst, dass man sogar einzelne Moleküle erkennen kann. Sie erscheinen so wohlgeordnet wie die Maschen in einem winzigen Strickmuster.

Ihre Entdeckung schließt eine Lücke: Gegenwärtig werden elektronische Bauteile immer kleiner, und sogar einzelne Atome oder Moleküle werden bereits als Schalter diskutiert. Aber es ist technisch sehr aufwendig und daher in großem Maßstab kaum umzusetzen, einzelne Moleküle zu bearbeiten. Indem man aber gezielt scharf umrissene Bereiche schaltet, die nur eine Moleküllage dick sind, wie hier geschehen, kommt man einfach zu bedienenden miniaturisierten Bauteilen ein großes Stück näher.