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Posted: July 20, 2010

Nano-Buchstaben mit Pixeln aus einzelnen Zinn-Atomen

(Nanowerk News) "Mit so kleinen Buchstaben ist TUC, also die Kurzform der Technischen Universität Chemnitz, wohl noch nie geschrieben worden", vermutet Prof. Dr. Michael Hietschold, Inhaber der Professur Analytik an Festkörperoberflächen an der Chemnitzer Universität. Gemeinsam mit seinem Doktoranden Marius Toader hat er eine Schrift entwickelt, deren Pixel aus einzelnen Zinn-Atomen bestehen, die sich im Zentrum von Zinn-Phthalocyanin-Molekülen befinden.
Eine ultradünne, aus einer einzigen Moleküllage bestehende Schicht von Zinn-Phthalocyanin-Molekülen auf einem Silberkristall
Eine ultradünne, aus einer einzigen Moleküllage bestehende Schicht von Zinn-Phthalocyanin-Molekülen auf einem Silberkristall - links das ursprüngliche Schachbrett-Muster mit punktuellen Störungen vor dem Schreibprozess und rechts danach. In der Falschfarbendarstellung (unten) sind die nach oben zeigenden Zinnatome hervorgehoben.
"Diese Moleküle stellen winzige Schalter dar, denn mit der Spitze eines Raster-Tunnel-Mikroskops können die aus der Molekülebene nach oben zeigenden und in der Abbildung besonders hell erscheinenden Zinn-Atome einzeln nach unten sozusagen weggeschaltet werden, wobei sich das gesamte Molekül wie ein Regenschirm im Wind umstülpt", berichtet Hietschold und erklärt: "Auf der Oberfläche eines Silberkristalls findet man tatsächlich zunächst ein schachbrettartiges Muster alternierend mit dem zentralen Zinn-Atom nach oben und unten zeigender Zinn-Phthalocyanin-Moleküle vor."
Die einzelnen Buchstaben haben eine Ausdehnung von nur 4,5 mal 4,5 Nanometer; der ganze Schriftzug "TUC" ist also nicht länger als 18 Nanometer, und die hellen Zinnatome ragen dabei nur 0,13 Nanometer in die Höhe. Ein Nanometer ist das Millionstel eines Millimeters. Zum Lesen braucht es deshalb mehr als eine Lupe - die Abbildungen werden im Labor der Chemnitzer Physiker mit einem Raster-Tunnelmikroskop im Ultrahoch-Vakuum bei einer Temperatur von etwa minus 240 Grad Celsius erzeugt. Der Schreibprozess nimmt nur wenige Minuten in Anspruch.
Die Untersuchung von einzelnen Molekülen und ihren Wechselwirkungen mit bestimmten Oberflächen - etwa Kristallen aus Silber, Gold oder Graphit - ist ein Schwerpunkt der Forschung der Professur Analytik an Festkörperoberflächen. Der miniaturisierte Schriftzug ist im Rahmen der Promotion von Marius Toader entstanden, in der er die Grenzflächen zwischen organischen und anorganischen Materialien mit Hilfe der Raster-Tunnel-Mikroskopie und -Spektroskopie untersucht. Toader ist Stipendiat im internationalen Graduiertenkolleg "Materials and Concepts for Advanced Interconnects and Nanosystems", das nach einer erfolgreichen ersten Programmphase seit Mai 2010 für weitere viereinhalb Jahre von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird.
Source: Technische Universität Chemnitz
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