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Chemiker kreieren gezielt nicht-metallische Kristalle, die Strom leiten

Dass Strom nicht nur in Metallen, sondern auch in Halbleitern und in anderen Materialien fließt, ist nicht neu: Ein amerikanisch-kanadisches Wissenschaftlerteam beschäftigt sich schon länger mit dem Transport von Elektronen in nicht-metallischen Materialien. Sie konzentrieren sich dabei auf organische Moleküle. Aus diesen fertigten sie nun einen Kristall, in dem der Strom so gut wie in Quecksilber fließt. Quecksilber ist ein mittelguter elektrischer Leiter. Wally Cordes präsentierte die Ergebnisse aus der Zusammenarbeit mit Richard Oakley und Robert Haddon vergangene Woche auf einem Symposium der American Chemical Society in New Orleans.

Das entscheidende Molekülfragment besteht aus einem Ring, in dem die Elemente Kohlenstoff, Stickstoff und Schwefel angeordnet sind. Das Besondere ist, dass das thermodynamisch stabile Ringmolekül ein ungepaartes Elektron besitzt. Moleküle mit einem ungepaarten Elektron werden als Radikale bezeichnet. Damit das Elektron von einem Molekül zum anderen wandert und ein Strom fließt, müssen sich die Moleküle in einer bestimmten Struktur anordnen.

Ein wichtiger Schritt bestand darin, die elektrisch leitenden Kristallstrukturen zu finden, diese zu analysieren und zu optimieren. Zunächst erzeugte Oakley aus den Molekülen verschiedene Kristallstrukturen. Diese wurden von Cordes mit Röntgenstrahlen bombardiert, um ihre exakte Struktur zu bestimmen. Die Röntgenstrahlen werden dabei an den Atomen, die das Molekül und somit den Kristall aufbauen, gestreut und erzeugen ein charakteristisches Beugungsbild. Dieses besteht aus einer Vielzahl von hellen und dunklen Flecken und enthält Informationen über Abstände und Bindungswinkel zwischen den Atomen. Anschließend prüfte Haddon die Kristalle auf ihre elektrische Leitfähigkeit.

Nachdem die Wissenschaftler einen Kristall gefunden haben, dessen Leitfähigkeit mit der von Quecksilber vergleichbar ist, wollen sie in einem nächsten Schritt die Leitfähigkeit maximieren und Kristalle entwickeln, in denen der Strom noch besser fließt. Sollte ihnen dieses gelingen, so könnten die Kristalle, die eine leichte und preiswerte Alternative zu den herkömmlichen Bauelementen aus Metall darstellen, eines Tages Einzug in elektrische Schaltkreise finden.

Katja Bammel
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