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Forschungsprojekt Jülich - Presseinformationen - "Natur": Filigraner Trick mit Stehmolekül

Jülich, 26. Februar 2018 - Die Wissenschafter des Forschungszentrum Jülich haben eine neue Dimension der Genauigkeit im Handling von Einzelmolekülen erlangt. Es ist ihnen gelungen, ein ultradünnes Moleküle auf einer flachen Silberatomschicht zu errichten, so dass es in seiner natürlich präferierten Position fest verankert ist. Das Potential der innovativen molekularen Herstellungsverfahren zeigt die artifizielle Gefügestruktur, wie die Forschenden in der Zeitschrift "Nature" nachlesen.

Seit einiger Zeit ist es den Forschern gelungen, aus Einzelatomen eine Struktur zu zaubern. Aber auch heute, knapp 30 Jahre später, ist die direkte Produktion von Nanostrukturen aus vielschichtigen Moleküle noch weit weg. Moleküle sind zwar viel grösser als Atomkerne, aber viel schwerer zu unterdrücken.

Doch Moleküle haben eine gewisse Raumstruktur. Sie hängt zum Beispiel von der Position ab, in der sie an einer Fläche oder an der Spitze eines Mikroskops anhaften, die die Expansion des Moleküles um viele Zehntel übersteigt ", erläutert Prof. Stefan Zautz, Leiter des Instituts am Wissenschaftszentrum Jülich. Das Team von Dr. Ruslan Temirov am Labor von Stefan Tutz präsentiert nun in der Wissenschaftszeitschrift "Nature" ein Experimentierfeld, mit dem es ihnen erstmalig gelingt, ein platelet-förmiges PTCO-Molekül nach ihren Vorstellungen zu ausrichten.

An die Kanten des PTCDA-Moleküls haben die Wissenschaftler zwei silberne Atome mit der Spitzenspitze eines Rastermikroskops gebunden. Nach Ansicht der Autorinnen und Autoren stellt die Arbeiten einen wichtigen Entwicklungsschritt bei der Erforschung neuartiger, zukunftsweisender Produktionsverfahren mit Einzelmolekülen dar. Nano-Strukturen würden sich, vergleichbar mit dem Legosystem, unmittelbar aus Einzelmolekülen zusammensetzen. Die Wildnis ist viel weiter", erläutert Stefan Tautz.

Die Moleküle werden in lebendigen Zellkulturen nach dem Selbsteinbaumechanismus gebildet, der durch ihre Molekulareigenschaften definiert ist. Noch weiter gehen die Wissenschaftler des Peter Grünberg Instituts (PGI-3) in Jülich. Man strebt mit ihrer Arbeit eine Technik an, mit der Moleküle nicht nur auf wenige vorgegebene Weise angeordnet werden können, sondern mit der man auch nanoskalige Gebilde beliebig aufbauen und gestalten kann.

"Genauso wie sich in der Wildnis keine spontanen Formen entwickeln, sondern durch manuelle Arbeit oder Maschine erzeugt werden müssen, haben wir mit unserem Versuch der manuellen Arbeit auf Molekularebene einen künstlich messbaren Aggregatzustand erzeugt, der auch eine gewisse Funktionsfähigkeit hat", erklärt Stefan Dautz. Mit dem aufrechten Moleküle haben die Wissenschaftler bereits erfolgreiche Elektronenquellen genutzt, die individuelle Ionen emittieren.

Auf der Grundlage solcher und anderer Versuche erhoffen sich die Wissenschaftler nun ein fruchtbares Zusammenspiel zwischen der Produktion von ungewöhnlichen Konstruktionen und neuen Funktionen. So ist es den Jubiläumsforschern in Jülich in den vergangenen Jahren mit einem eigens für Rastersondenmikroskope entwickeltem Handsteuerungssystem geglückt, individuelle Molekühle aus Blocks und Layern auszusuchen. Auch die Forschungsgruppe von Dr. Ruslan Temirov beschäftigt sich mit der Verbesserung von Mikroskopen mit einzelnen Atomen und Molekülen als Sonde und verbessert deren Kontext und Auflösungen.

Zu diesem Zweck werden die einzelnen MolekÃ?le oder UniversitÃ?le als Sensoren an der Mikroskopspitze befestigt. Damit ist es möglich, Bauwerke und auch die elektrischen Bereiche mit einer wesentlich besseren Auflösung zu scannen, als dies mit einer herkömmlichen Metallspitze möglich ist.