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Molekülschalter: Silizium-freie Elektronik- Bauelemente im Visier

Unter führender Beteiligung von Physikern der Technischen Universität München (TUM) gelang einem Forscherteam mittels angelegter Spannung das Schalten spezieller Moleküle zwischen zwei Zuständen. Damit könnten neuartige, siliziumfreie, organische Bauelemente in die Elektronik einziehen.

Schaltbares organisches Molekül Bildquelle: © Yuxiang Gong / TUM / Journal of the American Chemical Society

Den Physikern der TUM gelang (im Rahmen einer internationalen Kooperation) das Schalten von Lichtsignalen durch ein einzelnes Molekül. »Das Schalten mit nur einem Molekül bringt die zukünftige Elektronik einen Schritt näher an das absolute Limit der Miniaturisierung«, so der Nanowissenschaftler Joachim Reichert vom Physik-Department der TU München.

Ziel der Forschung ist es, neuartige Bauelemente aus maximal miniaturisierten, direkt ansteuerbaren Molekülen zu entwickeln, die ohne Silizium auskommen. Die winzigen Dimensionen lassen vor allem in der Optoelektronik Einsatzmöglichkeiten erwarten, bei denen Licht durch elektrische Spannungen geschaltet wird.

Die Forscher entwickelten ein Verfahren, das das gezielte Kontaktieren von Molekülen in starken optischen Feldern, sowie das Ansteuern durch eine angelegte Spannung erlaubt. Bei einer Spannung von etwa einem Volt verändert das Molekül seine Struktur, wird flach, leitend und streut Licht. Diese Streuaktivität (physikalisch wird die Ramanstreuung genutzt) lässt sich beobachten und durch eine angelegte Spannung an- und abschalten.

Die ihre Struktur bei Aufladung ändernden, schaltbaren Moleküle wurden von Forschern aus Basel und Karlsruhe synthetisiert. Sie werden auf einer Metalloberfläche angeordnet und mit einer sehr dünn mit Metall beschichteten Spitze eines Glasfragments kontaktiert. Es dient sowohl als elektrischer Kontakt und Lichtquelle, wie auch als –kollektor. Hierüber wird das Laserlicht zum Molekül geleitet und die in Abhängigkeit der Spannung hervorgerufenen, kleinsten spektroskopischen Signale gemessen.