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Der Molekül-Transporter
02.02.07 – Prachi Patel-Predd
![Bild 1 [180 x 180 Pixel @ 71,2 KB]](/tr/imgs/08/2/5/3/9/5/9/bd04496ac13c52d7.png)
Bild: Ludwig Bartels
In der Nano-Technik werden wirksame Methoden benötigt, Stoffe an die richtige Stelle zu transportieren. Ein Wissenschaftlerteam an der University of California in Riverside arbeitet deshalb derzeit an einer winzigen Molekül-Maschine (Science Express), mit der sich Ladungen in Molekülgröße von A nach B bringen lassen. Sie besteht selbst nur aus einem einzigen Molekül und kann andere Moleküle an ihrer Oberfläche tragen. Die Technik könnte beispielsweise verwendet werden, um Atome oder Moleküle zueinander zu bringen, um den Ablauf chemischer Reaktionen genau zu kontrollieren (Katalyse-Funktion). Der neue "Molekül-Transporter" könnte aber auch zum Zusammenbau von Elektronik auf Molekül-Größe verwendet werden.
Die Forscher unter der Leitung von Chemieprofessor Ludwig Bartels verwenden für ihren Ansatz ein Molekül namens Anthrachinon, eine organische Verbindung, die aus einer Kette von drei Benzol-Ringen und zwei Sauerstoff-Atomen besteht. Der Sauerstoff hängt dabei an beiden Seiten des mittleren Ringes. Wird das Anthrachinon nun auf eine flache Kupferoberfläche gesetzt und es herrschen Temperaturen von mindestens minus 223 Grad Celsius, bewegt sich das Molekül auf gerader Linie. CO2-Moleküle schwirren hingegen zufällig durch den Raum. Führt man CO2 und Anthrachinon nun aber zusammen, bindet sich das CO2 an die Sauerstoff-Atome des Anthrachinon.
Weil jedes Anthrachinon über zwei Sauerstoff-Atome verfüge, könne es gleich zwei CO2-Moleküle aufnehmen und sie dann mitziehen, erklärt Bartels. Die Moleküle ließen sich mit der Spitze der Sonde eines Rastertunnelmikroskops manipulieren. So konnten die Forscher laut Bartels beispielsweise ein CO2-Atom in die Nähe des Anthrachinons bringen, um es zu "beladen". Freigegeben wurde es wiederum, als die Sondenspitze ins CO2-Molekül hineingestochen wurde (Video).
Kevin Kelly, Dozent für Elektro- und Computer-Ingenieurswesen an der Rice University, hält Bartels Studie für "sehr elegant": "Sie könnte große Bedeutung für unser Verständnis des Transports von Stoffen auf molekularer Ebene haben." So könne die Arbeit womöglich als Grundlage zur Herstellung neuer Moleküle dienen, die auch andere Stoffe transportieren könnten. Kelly denkt dabei an so genannte "Nano-Autos", deren Prinzip er selbst erforscht. Dieses Forschungsgebiet könne in den nächsten drei bis fünf Jahren auf dem Gebiet der Katalyse "echte Auswirkungen auf die Technik" haben.
Ein gutes Beispiel ist ein Katalysator im Auto. Dort wird Platin als Katalyse-Stoff verwendet: Kohlenmonoxid und Sauerstoff lagern sich an die Platin-Oberfläche an und reagieren, wenn sie sich zu nahe kommen. Könnte man die Reagenzien jedoch noch näher zusammenbringen, würde dies den Prozess deutlich beschleunigen. Zudem wäre dann weniger teures Platin notwendig, wie Talat Rahman, Physik-Professor an der University of Central Florida und Co-Autor der Bartels-Studie, sagt. Es sei ganz einfach: "Wir können entweder darauf warten, bis sich die Moleküle irgendwann von selbst finden. Oder wir könnten den Prozess gesteuert ablaufen lassen, in dem wir etwas entwickeln, das sie von A nach B bringt."
Neben der Katalyse-Steuerung könnte der Molekül-Transporter auch auf dem noch jungen Gebiet der molekularen Elektronik Verwendung finden. Hier werden organische Moleküle als Ersatz für Silizium genutzt, um Transistoren und andere Bauteile geringster Größe herzustellen. Paul Weiss, Chemie- und Physik-Professor an der Penn State University, glaubt, dass die Bartels-Studie hier ein wichtiger Durchbruch sein könnte. Ziel seien molekulare Schaltkreise, die sich selbst zusammenbauen.
Um sich auf einer Kupferoberfläche zu bewegen, muss das Anthrachinon nur wenig Energie aufwenden. Diese verdoppelt und verdreifacht sich allerdings, wenn das Molekül ein und dann zwei CO2-Moleküle aufnimmt. Bis dato hat laut Weiss noch niemand Energiezustände gemessen, die beim Auf- und Abbau von Molekülen auftreten. Doch genau damit werde es möglich, die Bewegungen genau zu kontrollieren. Angewandt auf das Gebiet der molekularen Elektronik seien so "wunderbare Dinge" möglich, glaubt der Professor.
Übersetzung: Ben Schwan.
Permalink: http://heise.de/-279431
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