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Forscher: Geometrischer Aufbau von Molekülen beeinflusst deren elektrische Leitfähigkeit

Astronomie|Physik Technik|Digitales

Forscher: Geometrischer Aufbau von Molekülen beeinflusst deren elektrische Leitfähigkeit
Moleküle mit einem asymmetrischen Aufbau weisen eine richtungsabhängige elektrische Leitfähigkeit auf. Zu diesem Schluss gelangte ein Wissenschafterteam der Universität von Karlsruhe in einer Untersuchung der elektrischen Leitfähigkeit von nur wenigen Nanometer großen Molekülen verschiedener Form. Darüber berichtet das Team in dem Fachblatt Physical Review Letters (Band 88 Referenznummer 176804). Diese Entdeckung stellt einen wichtigen Schritt auf dem Weg zu auf Molekülen basierenden, hochintegrierten elektronischen Schaltkreisen dar ? der sogenannten Molekularen Elektronik.

In ihrer Arbeit untersuchte das Team um Heiko Weber den Stromfluss durch Moleküle einer Länge von nur zwei Nanometern (Millionstel Millimetern). Dazu brachten sie zunächst die beiden Enden eines jeden Moleküls mittels Schwefelatomen an zwei Goldelektroden an. Ein Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden führte daher zu einem Stromfluss durch die Moleküle. Dies ermöglichte die Bestimmung ihrer elektrischen Leitfähigkeit für sowohl positive als auch negative Elektrodenspannungen.

Symmetrische Moleküle ? deren linke Hälften sind Spiegelbilder der rechten Hälften ? zeigen der Studie zu Folge eine symmetrische elektrische Leitfähigkeit: Die Änderung der Größe des in ihnen geleiteten Stroms ist bei einer Änderung der angelegten Elektrodenspannung für positive als auch negative Spannungen gleich. Asymmetrische Moleküle hingegen mit einer ungleichförmigen Ladungsverteilung weisen unterschiedliche Stromänderungen für positive und negative Spannungen auf ? ihre Leitfähigkeit ist richtungsabhängig.

Die elektrische Leitfähigkeit des asymmetrischen Moleküls spiegelt die durch die ungleichförmige Ladungsverteilung verursachte Asymmetrie seiner sogenannten Molekülorbitale wider. Diese stellen gewissermaßen den Pfad für die Elektronenbewegung bei Anlegung einer elektrischen Spannung dar.

Forschergruppen in aller Welt haben in den letzten Jahren große Fortschritte auf dem Gebiet der Molekularen Elektronik erzielt. Einzelne Moleküle eignen sich so nicht nur als elektrische Leiter, sondern können beispielsweise auch als aktive elektronische Elemente wie etwa Feldeffekt-Transistoren eingesetzt werden.

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