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.
Pressemitteilung KIT:
Eine molekulare Taschenlampe
Die Arbeit der Forscherteams um den Chemiker Prof. Marcel Mayor (KIT und UB) und den Physikern Dr. Ralph Krupke (KIT) und Prof. Hilbert v. Löhneysen (KIT) stellt einen wichtigen Beitrag dar für die Entwicklung neuer optoelektronischer Bauelemente auf Basis einzelner Moleküle. In diesem Verfahren werden maßgeschneiderte Moleküle mit Leuchtkern zwischen Nanoröhrenelektroden aus Kohlenstoff platziert und elektrisch angesteuert. Als Nachweis der molekularen Elektrolumineszenz dient der spektroskopische Fingerabdruck des Moleküls. Sowohl die Moleküle als auch die Elektroden aus Kohlenstoff-Nanoröhren wurden von den Forschern eigens für dieses Verfahren entwickelt.
Molekulare Elektronik befasst sich mit dem Ladungstransport durch Moleküle. Langfristiges Ziel ist die Entwicklung molekularer Schaltkreise für leistungsfähige und energieeffiziente Computer. Die aktuelle Arbeit weist nach, dass einzelne, fest verdrahtete Moleküle elektrisch zum Leuchten angeregt werden können - diese für die Grundlagenforschung wichtige Erkenntnis erweitert die Vision der molekularen Elektronik um eine optoelektronische Komponente.
Für die Forscher bestand die besondere Herausforderung darin, sogenannte bottom-up Strukturen (Moleküle) in top-down Strukturen (Elektroden) zu integrieren und dabei die kritischen Abmessungen zu beherrschen. Um Ladungstransport und Lichtemission zu ermöglichen, müssen die elektronischen und optischen Eigenschaften von Molekül und Nanoröhrenelektroden aufeinander abgestimmt sein.
Die von den Teamkollegen Dr. Sergio Grunder und Dr. Alfred Blaszczyk synthetisierten 7.5nm langen stäbchenförmigen Moleküle mit lichtaktiven Kern und die von Dr. Frank Hennrich in der Arbeitsgruppe von Prof. Manfred Kappes (KIT) aufbereiteten Kohlenstoff-Nanoröhren erfüllten diese Anforderungen. Durch kontrollierte strominduzierte Oxidation gelang es Dr. Christoph W. Marquard, Nanoröhren-Elektroden mit winziger Lücke (<10nm) zu erzeugen. Die in Lösung befindlichen Moleküle werden dann mittels Dielektrophorese, einer Feld-induzierten Form der Selbstorganisation, zwischen die Nanoröhrenelektroden abgeschieden.
Für die ausreichende Stabilität der Nanoröhren-Molekül-Nanoröhren Kontakte sorgen spezielle Ankergruppen an den Molekülenden. Wird an einen solchen Kontakt eine Spannung von einigen Volt angelegt, leuchtet das Molekül. Mit Hilfe eines empfindlichen Mikroskopaufbaus konnten die Forscher dieses Licht detektieren und nachweisen, dass es aus dem Kern des Moleküls emittiert wird.
Zusatzinformationen:
Christoph W. Marquardt, Sergio Grunder, Alfred Baszczyk, Simone Dehm, Frank Hennrich, Hilbert v. Löhneysen, Marcel Mayor und Ralph Krupke:
Electroluminescence from a single nanotube - molecule - nanotube junction.
In: Nature Nanotechnology; online veröffentlicht am 28. November 2010, DOI 10.1038/nnano.2010.230
Quelle: Universität Basel, Schweiz
Aktualisiert am 04.12.2010.
Permalink: https://www.internetchemie.info/news/2010/dec10/molekulare-leuchtkerne.php
© 1996 - 2024 Internetchemie ChemLin