Nanotechnologie - Die kleinste Glühbirne ist ein Molekül
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Die kleinste Glühbirne der Welt besteht aus einem einzigen Molekül. Die Entwicklung stammt aus der Arbeitsgruppe von Vahid Sandoghar und Jürgen Mlynek aus Konstanz. Das Molekül des fluoreszierenden Stoffes "Terrylen" befindet sich auf der Spitze einer Glasfaser und ist in ein Mikroskop eingebaut. Auf diese Weise können Auflösungen im Bereich von Molekülgrößen erreicht werden.
Die Auflösung zwischen zwei Punkten mit einem Mikroskop ist von der Wellenlänge der Strahlungsquelle abhängig. Je kleiner die Wellenlänge, desto größer die Auflösung und umso besser kann man zwei nahe beieinander liegende Punkte unterscheiden. Aufgrund der optischen Gesetze können Strukturen, die wesentlich kleiner sind als die Wellenlänge der Strahlungsquelle, nicht mehr unterschieden werden. Mit natürlichem Licht liegt die Auflösung eines Mikroskops daher bei etwa 0,5 Mikrometern. Zum Vergleich: ein menschliches Haar hat eine Dicke von etwa 50 Mikrometern.
Die Wissenschaftler vom Fachbereich Physik der Universität in Konstanz haben sich mit der Nahfeld-Mikroskopie (Scanning Optical Near-Field Microscope, SNOM) über diese Gesetzmäßigkeiten hinweg gesetzt. Sie beleuchten das Objekt unter dem Mikroskop mit einer Lichtquelle, die noch kleiner ist, als die Wellenlänge des von ihr abgestrahlten Lichtes.
Ganz ähnlich wie man als Fahrgast im Bus nur die hohen Frequenzen aus dem Walkman des Nachbarn hört, so verliert auch das Licht mit der zurück gelegten Strecke an Informationen. Die Wissenschaftler beleuchten das Objekt deshalb mit der molekülgroßen Leuchtquelle aus der Nähe und erreichen dadurch eine höhere Auflösung.
Sowohl der Durchmesser der Lichtquelle, als auch ihr Abstand vom Untersuchungsobjekt liegen zwischen fünf und 20 Nanometern und somit deutlich unter der Wellenlänge des verwendeten Lichts. Sodann wird ein Bereich des Objektes beleuchtet, der etwa so groß ist, wie die Lichtquelle selber. Schrittweise kann die Lichtquelle nun das ganze Objekt vermessen, bis ein aus vielen Einzelmessungen bestehendes Gesamtbild entsteht.
Schon bald könnte sich diese Technik auch zur Analyse kleinster Stoffmengen eignen. Dann könnten sogar einzelne Proteine und Enzyme untersucht werden.
Weitere Informationen finden sich auf der Homepage des Sonderforschungsbereiches der Deutschen Forschungsgemeinschaft Nanostrukturen an Grenzflächen und Oberflächen an der Universität Konstanz.
Joachim Schüring und Universität Konstanz
