Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Methode in der Rastertunnelmikroskopie: Jülicher Forscher bilden Schriftzug aus 47 Molekülen

31.10.2014

Jülicher Wissenschaftler haben eine neue Ansteuerung für Rastertunnelmikroskope entwickelt, die es ihnen ermöglicht, einzelne große Moleküle interaktiv mit der Hand zu verschieben. Bisher waren nur simple, starr programmierte Bewegungen möglich.

Zum Test haben die Forscher aus einer einlagigen Molekülschicht einen Schriftzug herausgetrennt, der aus gerade einmal 47 Molekülen besteht. Das Verfahren eröffnet grundlegend neue Möglichkeiten für die Konstruktion von molekularen Transistoren und anderen Nano-Bauteilen. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Beilstein Journal of Nanotechnology erschienen.


Schriftzug aus nur 47 Molekülen

Quelle: Forschungszentrum Jülich


Rastertunnelmikroskop steuern mit Bewegungserkennung.

Quelle: Forschungszentrum Jülich

"Mit dem Verfahren lassen sich erstmalig auch große organische Moleküle kontrolliert aus zusammenhängenden Strukturen herausgreifen und neu platzieren", erläutert Dr. Ruslan Temirov vom Jülicher Peter Grünberg Institut. Damit sind die Wissenschaftler einen Schritt weiter gekommen bei der Suche nach einer Technik, mit der sich einzelne Moleküle frei zu komplexen Strukturen zusammenfügen lassen. Ein solches Bausteinsystem für die Nanotechnologie wird von Forschergruppen weltweit verfolgt und gilt als entscheidende Voraussetzung für die Entwicklung neuartiger elektronischer Bauteile der nächsten Generation.

Mittels Bewegungserkennung haben die Wissenschaftler der von Temirov geleiteten Nachwuchsgruppe die Hand des Operators direkt mit dem Rastertunnelmikroskop gekoppelt. Mit dessen Spitze lassen sich die Moleküle anheben und wieder absetzen wie mit einem Kran. Mit einer Übersetzung von Fünfhundert Millionen zu Eins werden die groben menschlichen Bewegungen dabei in atomare Dimensionen übertragen. "Eine Verschiebung der Hand um fünf Zentimeter bewirkt, dass sich die feine Spitze des Rastertunnelmikroskops gerade einmal um einen Angström über die Probe bewegt. Das entspricht der typischen Größenordnung von Atomradien und Bindungslängen in Molekülen", erklärt Ruslan Temirov.

Die Steuerung braucht allerdings etwas Übung. "Der erste Versuch, ein Molekül abzulösen, dauerte noch 40 Minuten. Danach waren es nur noch um die 10 Minuten", berichtet Matthew Green. Insgesamt vier Tage brauchte der Doktorand, um 47 Moleküle zu entfernen und damit das Wort "JÜLICH" in eine einlagige Schicht Perylentetracarbonsäuredianhydrid (PTCDA) zu schreiben. Dabei handelt es sich um einen organischen Halbleiter, der eine wichtige Rolle spielt bei der Entwicklung organischer Elektronik, mit der sich etwa biegsame Bauelemente oder günstige Einweg-Chips zum Aufdrucken realisieren lassen, die mit konventioneller Silizium-Technologie undenkbar sind.

Sogar kleine "Schreibfehler" ließen sich mit der neuen Methode problemlos korrigieren. Ein versehentlich herausgegriffenes Molekül beim Querstrich des "H" konnte Green einfach durch ein neues Molekül ersetzen, das er vom Rand der Schicht abgelöst hatte. "Genau hier zeigt sich der Vorteil der Methode. Der Experimentator kann in den Vorgang eingreifen und nach einer Lösung suchen, wenn sich ein Molekül versehentlich löst oder ungeplant wieder an seine ursprüngliche Position zurückspringt", so der Physiker.

Die interaktive Vorgehensweise ermöglicht es insbesondere, Moleküle kontrolliert zu verschieben, die sich in größeren zusammenhängenden Strukturen befinden. Im Gegensatz zu einzelnen Atomen und Molekülen, deren Bewegung mit dem Rastertunnelmikroskop längst wissenschaftliche Routine ist, ließen sich solche größere Molekülverbünde bisher kaum gezielt bearbeiten. Denn die Bindungskräfte von Molekülen, die ringsum an ihre Nachbarmoleküle gebunden sind, lassen sich kaum exakt vorhersagen. Erst während des Experiments zeigt sich daher, welche Kraft zum Ablösen nötig ist und über welchen Pfad sich das Molekül ohne Komplikationen entfernen lässt.

Die gesammelten Erfahrungen sollen dazu beitragen, die zeitraubenden Arbeitsschritte zu erleichtern. "In Zukunft soll ein selbstlernender Computer die aufwendige Molekül-Manipulation übernehmen. Die für dieses Projekt notwendige Intuition für Nano-Mechanik gewinnen wir jetzt durch unsere neuartige Steuerung und sprichwörtlich in Handarbeit", so Dr. Christian Wagner, der ebenfalls der Jülicher Arbeitsgruppe angehört.

Originalpublikation:
Patterning a hydrogen-bonded molecular monolayer with a hand-controlled scanning probe microscope
Matthew F. B. Green, Taner Esat, Christian Wagner, Philipp Leinen, Alexander Grötsch, F. Stefan Tautz, Ruslan Temirov
Beilstein J. Nanotechnol. 2014, 5, 1926–1932. published 31 Oct 2014
DOI: 10.3762/bjnano.5.203
Article: http://www.beilstein-journals.org/bjnano/single/articleFullText.htm?publicId=219...

Weitere Informationen:
Pressemitteilung vom 17. August 2012, „Kraftmesser für molekulare Bindungen“: http://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2012/12-08-16Kraftm...
Forschung am Peter Grünberg Institut, Bereich Functional Nanostructures at Surfaces (PGI-3): http://www.fz-juelich.de/pgi/pgi-3/EN/Home/home_node.html
Nachwuchsgruppe „Complex Transport Regimes in Low Temperature Scanning Tunnelling Microscopy” unter Leitung von Dr. Ruslan Temirov: http://www.fz-juelich.de/pgi/pgi-3/EN/UeberUns/Organisation/Gruppe3/gruppe3_node...

Ansprechpartner:
Dr. Ruslan Temirov
Peter Grünberg Institut, Functional Nanostructures at Surfaces (PGI-3)
Tel. +49 2461 61-3462
r.temirov@fz-juelich.de

Pressekontakt:
Tobias Schlößer
Unternehmenskommunikation
Tel. +49 2461 61-4771
t.schloesser@fz-juelich.de


Weitere Informationen:

http://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2014/14-10-24rastertunnelmikroskopie.html

Annette Stettien | Forschungszentrum Jülich

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mikro-U-Boote für den Magen
24.01.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Echoortung - Lernen, den Raum zu hören
24.01.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Forscher spinnen künstliche Seide aus Kuhmolke

Ein schwedisch-deutsches Forscherteam hat bei DESY einen zentralen Prozess für die künstliche Produktion von Seide entschlüsselt. Mit Hilfe von intensivem Röntgenlicht konnten die Wissenschaftler beobachten, wie sich kleine Proteinstückchen – sogenannte Fibrillen – zu einem Faden verhaken. Dabei zeigte sich, dass die längsten Proteinfibrillen überraschenderweise als Ausgangsmaterial schlechter geeignet sind als Proteinfibrillen minderer Qualität. Das Team um Dr. Christofer Lendel und Dr. Fredrik Lundell von der Königlich-Technischen Hochschule (KTH) Stockholm stellt seine Ergebnisse in den „Proceedings“ der US-Akademie der Wissenschaften vor.

Seide ist ein begehrtes Material mit vielen erstaunlichen Eigenschaften: Sie ist ultraleicht, belastbarer als manches Metall und kann extrem elastisch sein....

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Gehirn und Immunsystem beim Schlaganfall – Neueste Erkenntnisse zur Interaktion zweier Supersysteme

24.01.2017 | Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mikro-U-Boote für den Magen

24.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Echoortung - Lernen, den Raum zu hören

24.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

RWI/ISL-Containerumschlag-Index beendet das Jahr 2016 mit Rekordwert

24.01.2017 | Wirtschaft Finanzen