Empa entwickelt molekulare Lichterkette für Elektronik der Zukunft

(CONNECT) Forschende der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) haben sogenannte Porphyrin-Metall-Komplexe symmetrisch an ein Graphen-Nanoband gebunden. Laut einer Mitteilung ist diese atomare Molekülkette magnetisch und elektronisch gekoppelt und ermöglicht eine Vielzahl von Anwendungen in der molekularen Elektronik, von chemischen Sensoren bis hin zu Quantentechnologien. Die neuartige Verbindung sehen die Forschenden als zukunftsweisend auf dem Gebiet der molekularen Elektronik.

Graphenbänder bestehen aus einer atomar dünnen, wabenförmigen Anordnung von Kohlenstoffatomen, die eine sehr hohe Leitfähigkeit besitzen. Bei den Porphyrin-Metall-Komplexen handelt es sich um metallorganische Farbstoffe, die auch in der Natur vorkommen. So besteht das rote Hämoglobin im Blut aus einem derartigen Komplex. In Kombination erlangen die beiden Molekülverbindungen ganz neue Eigenschaften. Das Graphenband wird mit seiner guten Leitfähigkeit zum Leiter elektrischer und magnetischer Informationen. Die Porphyrin-Moleküle sitzen in regelmässigen Abständen an der Seite des leitenden Bandes. „Unser Graphenband mit den Porphyrinen könnte als eine Reihe von miteinander vernetzten Qubits funktionieren“, wird Roman Fasel, Leiter des Empa-Labors nanotech@surfaces-Labors in der Mitteilung zitiert.

Doch nicht nur elektrische und magnetisch Eigenschaften faszinieren die Wissenschaftler. Da es sich bei den Porphyrinen um metallorganische Farbstoffkomplexe handelt, sind die Moleküle auch noch optisch aktiv. „Unser System ist ein Baukasten, mit dem man unterschiedliche Eigenschaften einstellen kann“, erläutert Fasel. Als nächstes wollen die Forschenden unterschiedliche Metallatome in die Porphyrine einsetzen und deren Effekt untersuchen. Keine einfache Aufgabe, denn die molekularen zweidimensionalen Ketten werden aufwendig im Ultrahochvakuum hergestellt. Als Träger dient eine Goldoberfläche mit einer exakten atomaren Struktur, ein sogenannter Gold-Einkristall. Die Ergebnisse lassen sich derweil im Fachmagazin „nature chemistry“ nachlesen. ce/eb