Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schicht in Ordnung

18.07.2016

Physiker der Universität Jena weisen gemeinsam mit Partnern erstmals flexible zweidimensionale Kristallgitter nach

Vor 20 Jahren waren Mobiltelefone noch fast so dick wie eine Brotbüchse, heutige Smartphones hingegen sind fast so dünn wie Butterbrotpapier.


Die Physiker Prof. Dr. Torsten Fritz (l.) und Matthias Meißner an einem Rastertunnelmikroskop.

Foto: Jan-Peter Kasper/FSU

Ein Grund dafür sind immer neue Forschungsergebnisse im Bereich der organischen Elektronik. Denn vor allem Schichten aus organischen Molekülen, die auf eine – meist metallische – Trägerstruktur aufgetragen werden, haben sich aufgrund ihrer geringen Stärke und ihrer halbleitenden und optischen Eigenschaften für Displays bewährt.

Um diese Methode weiterzuentwickeln, ist es deshalb notwendig, mehr darüber zu erfahren, was zwischen Molekül und Metall – oder auch zwischen verschiedenen Molekülschichten – passiert.

Ein wichtiger Fortschritt auf dem Forschungsgebiet dieser Grenzflächeneffekte ist jetzt Physikern der Friedrich-Schiller-Universität Jena gemeinsam mit Kollegen aus Mainz und Dresden gelungen. Sie haben herausgefunden, dass sich Kristallgitter organischer Moleküle flexibel auf einem kristallinen Trägersubstrat ausrichten. Ihre Ergebnisse haben die Jenaer Forscher in dem renommierten Fachjournal ACS Nano veröffentlicht.

Ein flexibles Kristallgitter gebildet

„Die etwa einen Nanometer großen Moleküle richten sich auf den im atomaren Maßstab gewellten Trägerstrukturen oft auf die gleiche Weise aus, um optimales Schichtwachstum zu erreichen“, sagt Prof. Dr. Torsten Fritz von der Universität Jena. „Dabei wachsen sie wie Kohlköpfe auf einem Acker in den entsprechenden Vertiefungen bzw. Ackerfurchen“, veranschaulicht der Festkörperphysiker.

„Das ist auch nicht überraschend, wenn beide Gitter strukturell zueinander passen – etwa als wenn man Eierpackungen aufeinanderstapelt.“ Doch auch wenn diese Deckungsgleichheit nicht vorliegt, ordnen sich die Moleküle häufig regelmäßig und hochgeordnet an. Um den Grund dafür näher bestimmen zu können, vermaßen die Jenaer Physiker die Kristallgitter der Moleküle mithilfe eines Rastertunnelmikroskops.

Dabei konnten sie zum ersten Mal nachweisen, dass die Moleküle ein flexibles Kristallgitter bilden. „Dieses ermöglicht es den Molekülen, sich so auf dem Trägersubstrat auszurichten, dass sie die größte Menge an Energie aus diesem Prozess herausholen“, erklärt Matthias Meißner, der die Experimente durchgeführt hat.

„Um im Bild zu bleiben: Die Kohlköpfe rollen, da sie miteinander verbunden sind, zwar nicht mehr alle in die Ackerfurchen, aber im Rahmen ihrer flexiblen Verbindungen richten sie sich so aus, dass sie alle den weitesten Weg herunterrollen und die größtmögliche Menge an potenzieller Energie freisetzen.“

Im Kristallgitter entstehe dabei eine Art Oberflächenspannung, deren Energie aber geringer sei als der Zugewinn, den man durch diese effiziente Auslenkung erreicht. Wichtig ist dabei, dass die Verbindungen flexibel sind und nicht starr. „Die Kohlköpfe sind sozusagen mit Gummibändern miteinander verbunden, nicht mit Holzstäben“, erklärt Fritz.

Das Phänomen sei zwar insgesamt nicht unbekannt gewesen, doch habe man ihm bisher kaum Bedeutung beigemessen. Durch den erstmaligen Nachweis der flexiblen Kristallgitter konnte Matthias Meißner ein Modell entwickeln und in Kooperation mit Theoretischen Physikern der Universität Jena den Effekt mathematisch beschreiben.

Für zukünftige technische Innovationen – etwa während der Entwicklung neuartiger Displays und Solarzellen – lässt sich das geordnete Wachstum der Molekülschichten auf nicht exakt passenden Oberflächen besser berücksichtigen bzw. kann man es sich vielleicht sogar zunutze machen, um definierte Grenzflächen zu erschaffen.

Ein Spezialist auf diesem Gebiet – der amerikanische Physiker Prof. Dr. Michael D. Ward von der New York University – veröffentlichte einen zusätzlichen Beitrag in ACS Nano, um die Ergebnisse der Jenaer Forscher zu würdigen und einzuordnen. Sein äußerst positives Fazit: Die neuen Ergebnisse machen die Erstellung molekularer Schichten interessanter, obwohl sie dadurch wahrscheinlich gleichzeitig komplizierter werden.

Original-Publikation:
Matthias Meissner et. al.: Flexible 2D Crystals of Polycyclic Aromatics Stabilized by Static Distortion Waves, ACS Nano, Article ASAP, DOI: 10.1021/acsnano.6b00935
Web: http://dx.doi.org/10.1021/acsnano.6b00935

Kontakt:
Prof. Dr. Torsten Fritz
Institut für Festkörperphysik der Universität Jena
Helmholtzweg 5, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 947400
E-Mail: torsten.fritz[at]uni-jena.de

Weitere Informationen:

http://www.uni-jena.de

Sebastian Hollstein | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Quantenmechanik ist komplex genug – vorerst …
21.04.2017 | Universität Wien

nachricht Tief im Inneren von M87
20.04.2017 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Im Focus: Tief im Inneren von M87

Die Galaxie M87 enthält ein supermassereiches Schwarzes Loch von sechs Milliarden Sonnenmassen im Zentrum. Ihr leuchtkräftiger Jet dominiert das beobachtete Spektrum über einen Frequenzbereich von 10 Größenordnungen. Aufgrund ihrer Nähe, des ausgeprägten Jets und des sehr massereichen Schwarzen Lochs stellt M87 ein ideales Laboratorium dar, um die Entstehung, Beschleunigung und Bündelung der Materie in relativistischen Jets zu erforschen. Ein Forscherteam unter der Leitung von Silke Britzen vom MPIfR Bonn liefert Hinweise für die Verbindung von Akkretionsscheibe und Jet von M87 durch turbulente Prozesse und damit neue Erkenntnisse für das Problem des Ursprungs von astrophysikalischen Jets.

Supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien sind eines der rätselhaftesten Phänomene in der modernen Astrophysik. Ihr gewaltiger...

Im Focus: Deep inside Galaxy M87

The nearby, giant radio galaxy M87 hosts a supermassive black hole (BH) and is well-known for its bright jet dominating the spectrum over ten orders of magnitude in frequency. Due to its proximity, jet prominence, and the large black hole mass, M87 is the best laboratory for investigating the formation, acceleration, and collimation of relativistic jets. A research team led by Silke Britzen from the Max Planck Institute for Radio Astronomy in Bonn, Germany, has found strong indication for turbulent processes connecting the accretion disk and the jet of that galaxy providing insights into the longstanding problem of the origin of astrophysical jets.

Supermassive black holes form some of the most enigmatic phenomena in astrophysics. Their enormous energy output is supposed to be generated by the...

Im Focus: Neu entdeckter Exoplanet könnte bester Kandidat für die Suche nach Leben sein

Supererde in bewohnbarer Zone um aktivitätsschwachen roten Zwergstern gefunden

Ein Exoplanet, der 40 Lichtjahre von der Erde entfernt einen roten Zwergstern umkreist, könnte in naher Zukunft der beste Ort sein, um außerhalb des...

Im Focus: Resistiver Schaltmechanismus aufgeklärt

Sie erlauben energiesparendes Schalten innerhalb von Nanosekunden, und die gespeicherten Informationen bleiben auf Dauer erhalten: ReRAM-Speicher gelten als Hoffnungsträger für die Datenspeicher der Zukunft.

Wie ReRAM-Zellen genau funktionieren, ist jedoch bisher nicht vollständig verstanden. Insbesondere die Details der ablaufenden chemischen Reaktionen geben den...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

Baukultur: Mehr Qualität durch Gestaltungsbeiräte

21.04.2017 | Veranstaltungen

Licht - ein Werkzeug für die Laborbranche

20.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Intelligenter Werkstattwagen unterstützt Mensch in der Produktion

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Forschungszentrum Jülich auf der Hannover Messe 2017

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten