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Molekulare Winzlinge

09.08.2007 | 08:30 Uhr |

Arbeiten Ein-Elektronen-Transistoren bereits mit nur einem Elektron als Informationseinheit, so könnte man auch Moleküle oder Atome dazu einsetzen. Forscher von IBM haben dies mit dem Spin-Zustand von individuellen Atomen und dem Aufbau eines Spin-Schalters "Spin-Flip-Spektroskopie" versucht. Auch mit nur einem Molekül und zwar einem organischen kann man Transistoren bauen.

Gröpenvergleich: Der Ring-Oszillator von IBM mit 13 MHz Taktfreuenz im Vergleich zu einem menschlichen Haar und dem Naoröhrchen
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Forscher aus den Bell-Labs haben dies bereits gezeigt. Hierbei benutzte man als elektrisch aktives Medium ein sogenanntes Thiol, dessen Leitfähig-
keit sich bei Anlegen einer Spannung ändert.
Die Thiol-Moleküle befanden sich in einer Lösung neben elektrisch inaktiven Molekülen, welche zur Verdünnung dienten. Diese Lösung brachte man in einen Graben, der in einen Silizium-Wafer geätzt war. Unter und über der Lösung befanden sich die beiden Elektroden in Form von Goldflächen.

Die Gate-Elektrode bildete den Rand des Grabens. Nach der Verdunstung der Lösung blieb eine exakt ein Molekül dicke Schicht auf der Goldelektrode zurück. Durch sorgsame Anpassung der Thiol-Verteilung auf die inaktiven Moleküle konnten die Forscher statistisch sicherstellen, dass nur ein aktives Molekül auf der Goldelektrode zurückblieb.

Dieser Aufbau funktionierte jedoch nur bei Temperaturen unter 200 Kelvin. Den Forschern aus dem Bell-Laboratorium ist es gelungen, zu zeigen, dass man mit zwei derart gefertigten Molekültransistoren einen Spannungs-Inverter bauen kann. Dieser Schaltkreis wandelt "0" in "1" und umgekehrt mit dem Unterschied, dass er nur in Molekülgröße umgesetzt wurde.

Diese selbstorganisierenden Monoschichten (SAM = Self Assembling Monolayers) interessieren die Forscher bei linearen Thiolen besonders. Thiole in Monolage auf einkristallinen Goldoberflächen lassen sich einfach herstellen, da sich diese innerhalb weniger Stunden aus einer Lösung heraus auf der Goldoberfläche aufbauen.

Die hohe Affinität der Thiolgruppe zu Gold führt dazu, dass sich die Thiole spontan in einer hochgeordneten Schicht zusammenlagern (Selbstorganisation). Dadurch wurde das Problem der Elektroden-Anbringung an dem Molekül gelöst.

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