Molekül-Schaltkreise auf „Supermaterial“ Graphen Wichtiger Schritt bei der Entwicklung von elektronischen Geräten auf Molekülebene

Mikroelektronische Bauelememente werden heute meist mittels Silizium-Halbleitern hergestellt. Ein möglicher Weg zur Verkleinerung der Baugröße solcher Schaltungen ist die Verwendung einzelner Moleküle. Einem internationalen Forschungsteam ist es gelungen, Molekülketten auf Graphen aufzubringen und elektronisch zu steuern. Beteiligt daran war auch Professor Christoph Karrasch von der Technischen Universität Braunschweig. Die Ergebnisse des Experiments sind im Magazin „Nature Electronics“ erschienen.

Um molekulare Elektronik zur Anwendungsreife zu bringen, ist noch einiges an Grundlagenforschung nötig; hiermit beschäftigt sich unsere Veröffentlichung. Forscherinnen und Forschern der University of California, Berkeley ist es gelungen, eine Kette von Molekülen auf Graphen aufzubringen und ihren Ladungzustand durch Anlegen einer Spannung kontrolliert zu manipulieren. Graphene sind einlagige Kohlenstoffschichten und gelten als Werkstoff der Zukunft, zum Beispiel in der Produktion von Mikrochips und Akkus.

Das Verhalten dieses molekularen Registers kann durch theoretische Arbeiten, durchgeführt am Imperial College in London, gut verstanden werden.

In einer Kette miteinander wechselwirkender Moleküle spielen quantenmechanische Vielteilcheneffekte oft eine besondere Rolle. Die TU Braunschweig hat Expertise in dieser Richtung bereit gestellt und zur Interpretation und Modellierung des Experiments beigetragen. „Die Beobachtung und gezielte Ausnutzung kollektiver Phänomene in Molekülketten ist eine wichtige zukünftige Forschungsrichtung“, sagt Professor Christoph Karrasch vom Institut für Mathematische Physik an der TU Braunschweig.

Molekulare Elektronik ist ein Forschungsfeld, das eine Miniaturisierung der Elektronik im Vergleich zur Elektronik auf der Basis von Silizium und verwandten anorganischen Halbleitermaterialien, so wie sie heute in Mikrochips für Computer und Smartphones eingesetzt wird, verfolgt. Elektronische Bauteile wie Schalter, Leitungen und Speicher sollen demnach mit Hilfe von Molekülen und molekularen Funktionseinheiten realisiert werden.