01/12/2010

Universität Basel

Eine Taschenlampe aus einzelnen Molekülen entwickelt

Forschende der Universität Basel und des Karlsruher Instituts für Technologie ist es erstmals gelungen, aus einzelnen Molekülen elektronische Bauelemente herzustellen und diese zum Leuchten anzuregen. Ihre Arbeit leistet einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung von neuen optoelektronischen Bauelementen auf der Basis von einzelnen Molekülen. In der Optoelektronik werden nach Verfahren und Produkten geforscht, die die Umwandlung von elektronisch erzeugten Daten und Energien in Lichtemission und umgekehrt ermöglichen.

Die Forschungsteams um den Chemiker Prof. Dr. Marcel Mayor (Universität Basel und Karlsruher Institut für Technologie) und den Physiker Dr. Ralph Krupke (Karlsruher Institut für Technologie) haben eine «molekulare Taschenlampe» gebaut, indem sie massgeschneiderte Moleküle mit Leuchtkern und winzige Elektroden aus Kohlenstoff-Nanoröhren entwickelten. Durch ein spezielles Verfahren konnten die Moleküle zwischen die Nanoröhren-Elektroden platziert und elektrisch angesteuert werden. Als Nachweis der molekularen Elektrolumineszenz dient der spektroskopische Fingerabdruck des Moleküls.

Die Herausforderung bestand darin, sogenannte Bottom-up-Strukturen (Moleküle) in Top-down-Strukturen (Elektroden) zu integrieren und die kritischen Abmessungen zu beherrschen. Dabei galt es, die elektronischen und optischen Eigenschaften von Molekülen und Nanoröhren-Elektroden aufeinander abzustimmen, um Ladungstransport und Lichtemission zu ermöglichen. Für ausreichende Stabilität der Kontakt zwischen den Nanoröhren und Moleküle sorgten spezielle Ankergruppen an den Enden der Moleküle. Legt man an einen solchen Kontakt eine Spannung von einigen Volt an, so fängt das Molekül zu leuchten an. In einem empfindlichen Mikroskopaufbau ist es den Forschenden gelungen, dieses Licht zu detektieren und nachzuweisen, dass das Licht aus dem Kern des Moleküls emittiert wird.

Die molekulare Elektronik zielt auf das grundlegende Verständnis von Ladungstransport durch Moleküle ab. Sie sucht nach Möglichkeiten von molekularen Schaltkreisen für leistungsfähige und energieeffiziente Computer. In der aktuellen Arbeit wird nun nachgewiesen, dass einzelne, fest verdrahtete Moleküle elektrisch zum Leuchten angeregt werden können. Durch diese für die Grundlagenforschung wichtige Erkenntnis wird die Vision der molekularen Elektronik um eine optoelektronische Komponente erweitert.

Hintergrund: Christoph W. Marquardt, Sergio Grunder, Alfred Błaszczyk, Simone Dehm, Frank Hennrich, Hilbert v. Löhneysen, Marcel Mayor, and Ralph Krupke: Electroluminescence from a single nanotube-molecule-nanotube junction Nature Nanotechnology, published online 28. November 2010 | doi 10.1038/NNANO.2010.230 (PDF)

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