Das Bild zeigt die beiden Phasen von Kohlenstoffmonoxid (CO) auf Kupfer (Cu), aufgenommen mit einem Rastertunnelmikroskop. Der Bildausschnitt zeigt eine Fläche von 6 x 6 nm; es sind einzelne Moleküle zu erkennen.

18.09.2015

Erfolgreicher Förderantrag im Schwerpunktprogramm 1613

Es sind Bilder aus dem Mikroskop, und doch sehen sie aus wie aus dem Handarbeitsheft: Im einen Moment erscheint ein Perlmuster, im nächsten ein Lochmuster. Wissenschaftler aus der Arbeitsgruppe von Professor Rolf Möller aus der Fakultät für Physik und Mitglied vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen können mit atomarer Präzision Muster auf Oberflächen schreiben. Ihre Erkenntnisse veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift NanoLetters.

Das Phänomen nennt sich „Phasenübergang“ und begegnet uns im Alltag regelmäßig: Als Wasser, das aus dem Kochtopf verdampft oder auch in Form von Schokoladeneis, das uns in der Sommerhitze über die Hand läuft. Wissenschaftler um die beiden Physiker Ben Wortmann und Dr. Christian Bobisch haben nun erstmals mit Hilfe von elektrischen Feldern ganze Oberflächenbereiche einer Probe nach Belieben zwischen den Phasen hin- und hergeschaltet (struktureller zweidimensionaler Phasenübergang) und den Vorgang in Echtzeit beobachtet. 

Ihre Probe bestand aus einer Unterlage aus Kupfer und einer darauf liegenden geschlossenen Lage aus Kohlenstoffmonoxid-Molekülen. Mit der feinen metallischen Spitze eines Rastertunnelmikroskops sind die Forscher in der Lage, elektrische Felder an die Probe anzulegen und so ganze Flächen innerhalb von Sekundenbruchteilen umzuschalten – beliebig häufig und im Gegensatz zu einer Handarbeit in einem einzigen Schritt. Die Bilder dazu sind so hoch aufgelöst, dass auch ein Laie einzelne Moleküle erkennen kann, die wie Maschen in einem winzigen Strickmuster erscheinen.

Die Entdeckung von Wortmann und Bobisch schließt eine Lücke: Gegenwärtig werden elektronische Bauteile immer kleiner, und sogar einzelne Atome oder Moleküle werden bereits als Schalter diskutiert. Aber es ist technisch sehr aufwendig und daher in großem Maßstab kaum umzusetzen, einzelne Moleküle zu manipulieren. Indem man aber – wie hier geschehen – gezielt scharf umrissene Bereiche schaltet, die nur eine Moleküllage dick sind, wird die Kombination aus miniaturisierten Bauteilen und einfacher Bedienung realistischer.

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Originalpublikation:
Nano Lett., 2016, 16 (1), pp 528–533
DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b04174

Redaktion: Birte Vierjahn, 0203/ 379-8176, birte.vierjahn@uni-due.de