2012 Oktober

Leonhard Grill erhält Feynman Prize

Tuesday, 30th October 2012Allgemeine wissenschaftliche Informationen

Dr. Leonhard Grill aus der Abteilung Physikalische Chemie hat den Feynman Prize für experimentelle Arbeiten für das Jahr 2011 erhalten. Dieser Preis wird vom Foresight Institute in Palo Alto, Kalifornien, auf dem Gebiet der Nanotechnologie jeweils an einen Experimentator und einen Theoretiker verliehen. In der Begründung heißt es:

„The winner of the 2011 Feynman Prize for Experimental work is Leonhard Grill (Fritz Haber Institute, Max Planck Research School, Germany) in recognition of his pioneering and continuing work on manipulating and structuring functional matter at the atomic scale. He has used scanning tunneling microscopy to characterize the electronic and mechanical properties of single molecules; constructed atomically precise covalent molecular nanostructures from single molecules; and used an STM tip to roll a 0.8 nanometer molecular wheel on a surface.“ (mehr)


Molekulare Drähte aus Graphen

Wednesday, 17th October 2012Ausgewählte Publikationen

Berliner Forscher charakterisieren erstmals elektrischen Strom in einzelnen Molekülen

Der Transport von Elektronen und damit elektrischem Strom ist nicht nur von zentraler Bedeutung in der modernen Gesellschaft, sondern interessiert auch Wissenschaftler in der Grundlagenforschung. Ein solcher Ladungstransport in einzelnen Molekülen ist grundsätzlich für das Verständnis biologischer Prozesse. Aber auch in der sogenannten molekularen Elektronik, bei der miniaturisierte Schaltkreise aus einzelnen Molekülen aufgebaut werden sollen, stellt effizienter Ladungstransport eine zentrale Herausforderung dar, da er den Informationsaustausch zwischen den verschiedenen Komponenten gewährleistet. Sollte dieses Problem gelöst und Schaltkreise aus molekularen Drähten realisiert werden, bedeutete das eine Revolution in der Elektronik, denn die Arbeitsgeschwindigkeit von Prozessoren könnte drastisch erhöht und der Energieverbrauch dramatisch gesenkt werden.

Graphen fasziniert Forschungsgruppen weltweit, nicht erst seit der Verleihung des Nobelpreises für Physik 2010. Dieses außergewöhnliche Material besteht aus nur einer einzigen Lage von Kohlenstoffatomen; es ist also nur ein Atom dick, und ist von besonderem Interesse, da sich seine Eigenschaften als elektrischer Leiter maßschneidern lassen. Bislang fehlt jedoch ein fundiertes Verständnis für den Ladungstransport von Elektronen durch einzelne wohldefinierte Moleküle oder Graphendrähte. Um den Ladungstransport in Molekülen zu verstehen, muss man den elektrischen Strom durch ein einzelnes Molekül in einer wohldefinierten Anordnung und für verschiedene Elektronenenergien messen. Dass man dabei mit makroskopischen Messgeräten und Kontakten arbeitet, jedoch ein Objekt mit Abmessungen auf der Nanometerskala untersucht, ist eine große Herausforderung, die bisher nicht gemeistert wurde.

Schema des Experiments: Ein einzelner Graphendraht wird von einer Goldoberfläche hochgezogen und vermessen.

Die Forschergruppe am Fritz-Haber-Institut in Berlin konnte nun in Zusammenarbeit mit theoretischen Physikern aus Toulouse und Singapur erstmals in einem Experiment den elektrischen Strom durch einzelne Graphendrähte bei verschiedenen Spannungen an den beiden Elektroden messen. Die Drähte werden dabei in Selbstorganisation der Moleküle mit atomarer Präzision auf einer Goldoberfläche direkt zusammengebaut. Anschließend wird die extrem feine Spitze eines Rastertunnelmikroskops verwendet, um einzelne Moleküle zwischen zwei Elektroden zu bringen und systematisch zu vermessen. Die Messungen werden bei Temperaturen von 10 K durchgeführt, um eine thermische Bewegung der Moleküle zu verhindern. In dieser Anordnung wurde tatsächlich der elektrische Strom gemessen, der durch einzelne Moleküle geflossen ist. Dabei zeigte sich, dass er – wie von theoretischen Modellen vorhergesagt – mit der Moleküllänge auf charakteristische Weise abfällt. Zusätzlich wurde auch noch die Energie der Elektronen variiert, indem man unterschiedliche Spannungen zwischen den beiden Elektroden anlegte. Dadurch konnte der Einfluss der molekularen Orbitale auf den Transport von Elektronen, d.h. elektrischem Strom, erstmals bestimmt werden. Diese systematischen Untersuchungen helfen nun, den „idealen“ molekularen Draht zu skizzieren, durch den ein hocheffizienter – sogenannter ballistischer – Ladungstransport stattfindet.

Publikation: M. Koch, F. Ample, C. Joachim und L. Grill
„Voltage-dependent conductance of a single graphene nanoribbon“, Advance Online Publication von Nature Nanotechnology, online am 14. Oktober 2012
Internet: www.nature.com/nnano, DOI: 10.1038/NNANO.2012.169

Kontakt: Dr. Leonhard Grill
Fritz-Haber-Institut Berlin der Max-Planck-Gesellschaft
e-mail: lgr@fhi-berlin.mpg.de