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Erwin Schrödinger-Preis 2004 für Wissenschaftlerteam des Forschungszentrums Karlsruhe

10.08.2004 - (idw) Forschungszentrum Karlsruhe in der Helmholtz-Gemeinschaft

Interdisziplinäre Zusammenarbeit über Moleküle
für die Nanoelektronik der Zukunft ausgezeichnet

Vier Mitarbeiter des Instituts für Nanotechnologie des Forschungszentrums Karlsruhe - die Chemiker Marcel Mayor und Frank Hennrich sowie die Physiker Ralph Krupke und Heiko Weber - erhalten gemeinsam den Erwin Schrödinger-Preis 2004 der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren. Wie die Helmholtz-Gemeinschaft heute in Berlin mitteilte, geht die mit 50.000 Euro dotierte Auszeichnung an das Karlsruher Forscherteam für seine Arbeiten zur molekularen Nanoelektronik. Der Schrödinger-Preis wird jährlich für exzellente interdisziplinäre Forschung vergeben und in diesem Jahr auf der Jahrestagung der Helmholtz-Gemeinschaft am 7. Dezember in Brüssel überreicht.


Eingefärbte Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme einer Goldbrücke, zwischen der einzelne Moleküle kontaktiert werden können. Die Goldbrücke wurde zunächst durch Verbiegen ihrer Trägerplatte unterbrochen. Durch langsames Zurückbiegen können beliebig kle
Illustration der Versuchsanordnung zur Trennung von Nanoröhren unterschiedlichen Typs. Die metallischen Nanoröhren (schwarz) werden aus einer Suspension zwischen den Mikroelektroden abgeschieden, die halbleitenden (weiß) verbleiben in der Lösung. In den vergangenen 20 Jahren haben es die Halbleiteringenieure geschafft, immer höher integrierte elektronische Schaltungen aus Silizium herzustellen. Dabei verkleinerten sich stets die Abmessungen der einzelnen Bauteile. Weitere Verkleinerungen werden jedoch voraussichtlich innerhalb der nächsten zehn Jahre an physikalische Grenzen stoßen. Abhilfe soll hier die Nanoelektronik schaffen: Würde es gelingen, elektronische Bauelemente aus einzelnen Molekülen aufzubauen, ließen sich bis zu 10000-mal kleinere elektronische Komponenten herstellen. So könnten organische Moleküle, die Strom nur in einer Richtung durchlassen, als Dioden eingesetzt werden. Andere organische Moleküle, die sich zwischen zwei elektronischen Zuständen hin und her schalten lassen, sollen als kleinste Speicherzellen in der Computertechnik dienen.

Wichtige Durchbrüche auf dem Weg dahin hat ein interdisziplinäres Wissenschaftlerteam vom Institut für Nanotechnologie des Forschungszentrums Karlsruhe erzielt. Zunächst gelang es, einzelne Moleküle zwischen zwei Elektroden einzuspannen und so den Strom durch diese Moleküle zu messen. "Zum Nachweis haben wir symmetrische und asymmetrische Moleküle hergestellt und kontaktiert", erläutern Dr. Marcel Mayor, Chemiker, und Dr. Heiko Weber, Physiker. "Diese Molekülstruktur konnte in der Strom-Spannungscharakteristik jeweils wiedergefunden werden." Mit diesem und weiteren Experimenten haben die beiden Wissenschaftler eine zentrale Frage der molekularen Elektronik beantwortet: Durch geeignete Wahl der molekularen Struktur können die elektronischen Eigenschaften der "Bauteile" tatsächlich festgelegt werden.

Als "Drähte" der Nanoelektronik, das heißt als Verbindungen zwischen funktionellen Molekülen, sind Kohlenstoff-Nanoröhrchen in der Diskussion. In diesen Röhrchen können Elektronen ohne Streuverluste transportiert werden. Bei der Herstellung der Nanoröhrchen taucht aber ein Problem auf: Immer entsteht ein Gemisch aus zwei Typen mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften. Je nach Anordnung der Atome in den Wänden der Röhrchen verhalten sie sich entweder wie Metalle oder wie Halbleiter. Erst durch die Arbeiten des Karlsruher Forscherteams wurde es möglich, die halbleitenden und metallischen Röhrchen voneinander zu trennen und so zu sortieren. "In einem elektrischen Wechselfeld mit einer Frequenz von 10 Millionen Hertz wandern die metallischen und die halbleitenden Nanoröhren in entgegengesetzte Richtungen. Damit können die metallischen Röhrchen abgeschieden werden, und die nichtmetallischen verbleiben in der Lösung", erklären Dr. Ralph Krupke und Dr. Frank Hennrich - auch hier eine interdisziplinäre Partnerschaft aus Physik und Chemie.

Das Forschungszentrum Karlsruhe ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, die mit ihren 15 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 2,1 Milliarden Euro die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands ist. Die insgesamt 24 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Helmholtz-Gemeinschaft forschen in den Bereichen Struktur der Materie, Erde und Umwelt, Verkehr und Weltraum, Gesundheit, Energie sowie Schlüsseltechnologien.

Joachim Hoffmann 10. August 2004

Die Farbfotos senden wir Ihnen auf Wunsch gerne zu (Telefon 07247 82-2861).
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