News: Ein-Atom-Leiter
Wissenschaftler stellten den kleinsten "Draht" der Welt her: ein einziges Wasserstoff-Molekül.
© Kammerlingh Onnes Laboratory (Ausschnitt)
Mit der wachsenden Bedeutung der Nano-Technologie schrumpfen auch stromleitende Drähte auf das kleinstmögliche Maß: die Größe eines einzigen Atoms. Doch wie sich solche "Drähte" verhalten, ist noch weitgehend ungewiss.
Jetzt untersuchten Roel Smit und seine Kollegen von der Universiteit Leiden den kleinsten Leiter der Welt: ein Wasserstoff-Molekül. Zu diesem Zweck wurden zwei Platindrähte, deren Spitzen nur ein Atom breit war, im Vakuum so zusammengeführt, dass sie sich gerade berührten. Dann leiteten die Forscher in die vier Kelvin kalte Kammer eine kleine Menge Wasserstoff und untersuchten die Leitfähigkeit der Drähte.
Tatsächlich veränderte sich die Leitfähigkeit der Drähte und zeigte - zumindest was Platin betrifft - ganz uncharakteristische Eigenschaften. Deren elektrische Leitfähigkeit sank nämlich auf den kleinstmöglichen Wert, den ein "Atom-Leiter" gerade haben kann.
Doch für Wasserstoff, genauer gesagt für ein einzelnes Wasserstoff-Molekül, passten die Werte ins Bild. Und tatsächlich konnten die Forscher auch mit der so genannten Point Contact Spectroscopy nachweisen, dass sich zwischen den beiden Drähten eine Brücke aus einem einzigen Wasserstoff-Molekül gebildet hatte.
Interessant waren dabei zwei Eigenschaften der Wasserstoff-Brücke. Da ist zum einen ihre verwunderliche Stabilität. Denn normalerweise katalysiert Platin die Aufspaltung, also die Zerstörung, eines Wasserstoff-Moleküls. Doch das ist nicht alles. Smit und seine Kollegen berechneten, dass dem Molekül der Platz zwischen den Metall-Atomen so gut gefällt, dass es sich spontan in eine lange Kette aus Platin-Atomen mogelt, wenn man die Kette auseinander zieht. Das erklärt, warum sich das Molekül spontan zwischen die beiden Elektroden setzt.
Es wäre damit also möglich, stabile Schaltkreise mit zwar geringer aber dafür genau definierter Leitfähigkeit zu konstruieren. Und noch eine vielversprechende Eigenschaft hätte dieser Schaltkreis: Er wirkt wie ein Filter. Während die Elektronen bei Platin zwischen fünf verschiedenen Zuständen um das Atom wählen können, steht beim Wasserstoff-Molekül nur ein einziger offen. Es kommen also nur die Elektronen durch, die sich genau auf diesem Weg bewegen.
Die Wasserstoff-Brücke stellt also einen hochpräzisen Miniaturschaltkreis dar, der noch dazu denkbar einfach gestrickt ist. Er könnte daher als Test-Mechanismus für kompliziertere Moleküle dienen. Anwendungsmöglichkeiten: Noch völlig offen.
Jetzt untersuchten Roel Smit und seine Kollegen von der Universiteit Leiden den kleinsten Leiter der Welt: ein Wasserstoff-Molekül. Zu diesem Zweck wurden zwei Platindrähte, deren Spitzen nur ein Atom breit war, im Vakuum so zusammengeführt, dass sie sich gerade berührten. Dann leiteten die Forscher in die vier Kelvin kalte Kammer eine kleine Menge Wasserstoff und untersuchten die Leitfähigkeit der Drähte.
Tatsächlich veränderte sich die Leitfähigkeit der Drähte und zeigte - zumindest was Platin betrifft - ganz uncharakteristische Eigenschaften. Deren elektrische Leitfähigkeit sank nämlich auf den kleinstmöglichen Wert, den ein "Atom-Leiter" gerade haben kann.
Doch für Wasserstoff, genauer gesagt für ein einzelnes Wasserstoff-Molekül, passten die Werte ins Bild. Und tatsächlich konnten die Forscher auch mit der so genannten Point Contact Spectroscopy nachweisen, dass sich zwischen den beiden Drähten eine Brücke aus einem einzigen Wasserstoff-Molekül gebildet hatte.
Interessant waren dabei zwei Eigenschaften der Wasserstoff-Brücke. Da ist zum einen ihre verwunderliche Stabilität. Denn normalerweise katalysiert Platin die Aufspaltung, also die Zerstörung, eines Wasserstoff-Moleküls. Doch das ist nicht alles. Smit und seine Kollegen berechneten, dass dem Molekül der Platz zwischen den Metall-Atomen so gut gefällt, dass es sich spontan in eine lange Kette aus Platin-Atomen mogelt, wenn man die Kette auseinander zieht. Das erklärt, warum sich das Molekül spontan zwischen die beiden Elektroden setzt.
Es wäre damit also möglich, stabile Schaltkreise mit zwar geringer aber dafür genau definierter Leitfähigkeit zu konstruieren. Und noch eine vielversprechende Eigenschaft hätte dieser Schaltkreis: Er wirkt wie ein Filter. Während die Elektronen bei Platin zwischen fünf verschiedenen Zuständen um das Atom wählen können, steht beim Wasserstoff-Molekül nur ein einziger offen. Es kommen also nur die Elektronen durch, die sich genau auf diesem Weg bewegen.
Die Wasserstoff-Brücke stellt also einen hochpräzisen Miniaturschaltkreis dar, der noch dazu denkbar einfach gestrickt ist. Er könnte daher als Test-Mechanismus für kompliziertere Moleküle dienen. Anwendungsmöglichkeiten: Noch völlig offen.
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