Moleküle in der Radarfalle

  • 29. February 2016

Beobachtung der Molekül-Bewegung ebnet Weg zu orga­nischer Elektronik.

Elektronische Bauelemente auf Kunststoffbasis gelten als zukunfts­weisende Technik, weil sie kosten­günstig her­stell­bar sind. „Um Anwendungen der orga­nischen Elektronik voran­zu­bringen, muss man die Material­eigen­schaften voll­ständig beherrschen und zum Beispiel genau wissen, wie sich Moleküle auf Kunst­stoff­ober­flächen bewegen“, erklärt Gregor Witte von der Uni Marburg. „Das gelingt bei bisherigen Versuchs­anordnungen nicht, weil die Molekül-Bewegungen mitunter sehr schnell ablaufen.“ Die Bewegungen organischer Halb­leiter-Moleküle lassen sich jedoch präzise nach­voll­ziehen, wenn man ausge­klügelte Mess­ver­fahren und Computer­simulationen verbindet, wie Witte und seine Kollegen aus Marburg und Cambridge zeigen.

Molekül-Bewegung

Abb.: Freie Pentacen-Moleküle bewegen sich auf einer Pentacen-Oberfläche längs oder quer zur Richtung der Oberflächen-Moleküle. (Bild: P. Rotter et al. / NPG)

Als Modellsystem für ihre Untersuchungen verwenden die Forscher den orga­nischen Halb­leiter Pentacen. In der Versuchs­anordnung bildet eine dünne Schicht aus Pentacen-Molekülen eine stabile, gitter­förmige Ober­fläche. Auf dieser bewegen sich ungebundene Pentacen-Moleküle extrem schnell, nämlich innerhalb von milliardstel Sekunden. Um die Bewegung der freien Moleküle zu messen, griff das Team auf eine weltweit einzig­artige Apparatur zurück, die sich am Cavendish Laboratory in Cambridge befindet. William Allison betreibt dort ein Gerät zur Helium-Spin-Echo-Streuung. „Ähnlich wie bei einer Radar­kontrolle, bei der gestreute Radio­wellen die Information über die Geschwin­dig­keit enthalten, werden hier Helium­atome gestreut, um Positionen und Geschwin­dig­keiten der Pentacen-Moleküle gleich­zeitig und mit atomarer Auflösung zu bestimmen“, erläutert Paul Rotter von der Uni Marburg.

„Die Interpretation der Messergebnisse gelingt freilich nur im Vergleich mit Computer­simulationen der Bewegung“, so sein Kollege Bruno Eckhardt. Das über­raschende End­resultat: Die Moleküle bewegen sich bevorzugt längs der Furchen zwischen den Pentacen-Molekülen der Ober­fläche. Quer zu diesen Furchen können sie sich nur bewegen, indem sie sich um neunzig Grad drehen. „Das ist das erste Mal, dass Diffusions­bewegungen komplexer organischer Systeme im molekularen Maßstab bei Raum­temperatur beobachtet wurden“, hebt Witte hervor. „Unsere Ergebnisse zeigen, wie die Bewegungen von der Anordnung der Moleküle und der Struktur des Unter­grunds abhängen. Das ist von großer Bedeutung für das wachsende Feld der Nano­technologie.“

PUM / RK

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