Der springende Nano-Punkt

Wissenschaftler des Lawrence Berkelely National Laboratory haben einen Transistor gebaut, der aus einem einzigen Molekül besteht - ein C60-Molekül mit einem Durchmesser von 0,7 Nanometer.

Das springende C60-Molekül hat die Form eines Fußballs mit zwölf Fünfecken und 20 Sechsecken. Die Kontrolle von solch winzigen Objekten ist der Schlüssel zu effizienter Nanotechnologie.

Doch Energieübertragung hat in der Welt der Nano-Moleküle andere Wirkunsgebenen: Tunnelnde Elektronen können leicht Energien besitzen, die ein Molekül trotz dessen erheblich größerer Masse in Bewegung setzen können.

Der Ein-Molekül-Transistor
Um den Ein-Molekül-Transistor zu realisieren haben die Forscher zunächst das C60-Molekül zwischen zwei Goldelektroden positioniert, indem sie eine wässrige Toluenlösung auf das Metall aufbrachten, die jene Moleküle enthielt. Das C60-Molekül verhielt sich so, als ob zwei Federn es zwischen den zwei Elektroden, der Source- sowie der Drain-Elektrode des Transistors, festhalten würden. Die Unterlage dieser Anordnung, eine isolierende Schicht auf Sliziumbasis, diente als Steuerelektrode.

Informationen zu C60-Molekülen

Nano-Fußball auf dem Transistor

McEuens Gruppe konnte das in einem winzigen Transistor mit drei Anschlüssen zeigen, in dem das C60-Molekül die aktive Region bildet. Wie in normalen Feldeffekt-Transistoren kontrolliert die Spannung an der Steuerelektrode den Strom, der aus der Quellelektrode über das C60-Molekül zur Abflusselektrode fließt.

Wegen der geringen Größe des C60 kann immer nur ein Elektron gleichzeitig den Weg über das Molekül nehmen, wodurch deutliche Schwingungen entstehen.

Gaben McEuen und seine Mitarbeiter dem kleinen Ladungsträger beim Stoß mit dem Molekül zusätzlich noch die Energie mit, die dessen Schwingungsenergie entspricht, so emittiert der Nano-Fußball diesen Überschuss spontan. Dadurch beginnt er mit einer bestimmten Frequenz zwischen den Goldelektroden hin und her zu springen.

Verschiedenste Anwendungsbereiche
Laut Leo Kouwenhoven von der Delft University of Technology ermöglicht die Kontrolle von Objekten im Nanometerbereich kleinere, schnellere und effizientere Versionen derzeit bestehender Mikroelektronik-Applikationen. Als Beispiel nennt Kouwenhoven winzige Silizium-Nano-Brücken, die Hitze über spezifische atomare Schwingungen transportieren können.

Lawrence Berkelely National Laboratory

Exakte Steuerung von Elektronen

"Der genauen Steuerung des Elektronenflusses in solchen Applikationen wird insofern eine große Bedeutung zugemessen, als dadurch eine exakte Messung von elektrischem Strom möglich wird", so Leo Kouwenhoven zu dem für ihn sichtbaren Innovationspotenzial.

Details zu
den Nano-Fußbällen kann man auch nachlesen im Nature Magazine unter "Nanomechanical oscillations in a single-C60 transistor".

Nature Magzine

Genaueres zu
Transistoren findet man bei e-online unter "Unipolarer Transistor - Feldeffekt-Transistor".

E-Online/Unipolarer Transistor - Feldeffekt-Transistor