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Wissenschaftler kreieren Nanotube-Dimmer – Durch Drehen von Nanoröhren den Stromfluss regulieren

Wissenschaftler der University of North Carolina at Chapel Hill und der North Carolinas State University fanden heraus, dass durch Drehen von winzigen Kohlenstoff- Nanoröhrchen der Fluss von elektrischem Stromes vom Nanoröhrchen zu einem anderen Material, in diesem Fall Graphit, kontrolliert werden kann. Die Arbeit des siebenköpfigen Teams um Marco Buongiorno Nardelli und Sean Washburn hat die Fachzeitschrift Science veröffentlicht (Vol. 290, S. 1742 – 1744, 2000).

Seit ihrer Entdeckung 1991 faszinieren die molekulargroßen Kohlenstoff-Nanoröhrchen die Wissenschaftler durch ihre mechanischen und elektronischen Eigenschaften. Das Grundgerüst der Röhrchen besteht aus Sechsecken von Kohlenstoff, die zusammengeknüpft ein aufgerolltes Netz bilden. Die Röhrchen können bis zu zwei Millimeter lang sein und haben lediglich einen Durchmesser von 1,2 bis 1,4 Nanometern. Ein Nanometer ist der millionste Teil eines Millimeters. Zigtausende von Nanoröhrchen würden daher in den Punkt am Ende dieses Satzes passen.

Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind nicht nur zehnmal härter als Stahl, sondern auch gute elektrische Leiter und Halbleiter. Ihre Leitfähigkeit kommt durch den quantenphysikalischen Tunneleffekt zustande, der ein Hinüberhüpfen von eigentlich gebundenen Elektronen von einem zum nächsten Atom ermöglicht.

Um jedoch elektronische Bauteile im Nanometerbereich zu entwickeln, ist es wichtig, die Anzahl der springenden Elektronen und damit den Stromfluss zu kontrollieren: Wenn nur wenige Elektronen springen ist die Stromdichte niedrig. Dadurch heizt sich das Bauteil weniger stark auf und es kann auf eine aufwendige Kühlung der Nanobauteile verzichtet werden, wie sie heute bei Mikrochips mit Hilfe von Ventilatoren auf dem Chipgehäuse üblich ist.

Die neue Entwicklung ermöglicht zudem eine dosierte Kontrolle der springenden Elektronen. Buongiorno Nardelli: „Wir können den elektrischen Widerstand zwischen einem Kohlenstoff-Nanoröhrchen und einem Graphitsubstrat durch das Drehen des Nanoröhrchens bis zu einen Faktor um 50 ändern.“ Auf die Weise könnten auf der Nanoskala kontrollierbar und kontinuierlich mechanische Signale in elektrische Signale umgewandelt werden.

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Die Erkenntnis, dass sich durch Drehen der Röhrechen der Stromfluss kontrollieren lässt, ist insbesondere für Wissenschaftler wichtig, die auf den Gebieten der kabellosen Kommunikation und der Mikroroboter arbeiten. Denn diese Entdeckung macht die ohnehin schon interessanten Röhrchen zu aussichtsreichen Kandidaten beim Bau von elektrischen Komponenten und Schaltern.

Katja Bammel
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