Selbstorganisierte Nanoschichten
27.03.2023
- Herstellungsweise von Nano-Inseln bestimmt ihre Form.
Die Selbstorganisation spezieller Moleküle reicht aus, um Nanoschichten gezielt wachsen zu lassen. Das hat ein Marburger Forschungsteam aus Physik und Chemie herausgefunden. „Unsere Studie verfolgt das Ziel, Ordnungsmechanismen zu identifizieren, um mit deren Hilfe die Form molekularer Nanoschichten zu bestimmen“, erklärt der Marburger Physiker Gregor Witte, der verantwortliche Leiter der aktuellen Studie.
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Abb.: Gregor Witte, Maximilian Dreher und Pierre Martin Dombrowski klärten die Ordnungsmechanismen in molekularen Nanomaterialien auf. (Bild: P. Osswald)
Eine Möglichkeit, Nano-Strukturen herzustellen, besteht darin, dünne Molekülschichten mittels chemischer Bindungen auf einer Unterlage zu fixieren. „Dies ermöglicht die Herstellung von porösen Netzwerken oder Nanobändern. Jedoch sind solche Strukturen starr und können wegen der starken Bindungen an das Substrat nicht mehr umgestaltet werden“, sagt Wittes Doktorand Maximilian Dreher, der die Strukturen mittels hochauflösender Sondenmikroskopie untersucht hat.
Eine bisher kaum untersuchte Alternative besteht darin, sich auf schwache Wechselwirkungen zwischen Molekülen zu stützen. „In der Natur gibt es mannigfache Selbstorganisationsprozesse, die auf solchen schwachen Wechselwirkungen beruhen“, hebt der Chemiker Ulrich Koert hervor. Als eines der bekanntesten Beispiele nennt er die Erbsubstanz DNA, deren zwei gegensinnige Stränge durch schwache Wechselwirkungen aneinanderhaften.
Die Chemiker um Koert lieferten spezielle Moleküle, deren Ladungsverteilung zu einer eigentümlichen Anordnung führt. Dem Team gelang es, Schichten dieser Moleküle auf einer Unterlage abzuscheiden, ohne dass die Moleküle eine chemische Bindung mit dem darunter befindlichen Trägermaterial eingehen. „Dabei stellten wir fest, dass die Art und Weise, wie die Nano-Inseln hergestellt werden, ihre Form bestimmt“, berichtet Witte. „Scheidet man weniger als eine ganze Moleküllage ab, so ergibt sich eine andere Inselform, als wenn man eine vollständige Lage durch Heizen ausdünnt“, führt Pierre Dombrowski aus, ein weiterer Doktorand aus Wittes Labor, der diesen Ordnungsprozess theoretisch analysiert hat.
„Durch geeignetes Design der Moleküle gelingt es also, die Form zweidimensionaler Molekülinseln zu kontrollieren, deren Gestalt nicht durch chemische Anbindung an die Unterlage bestimmt wird und somit eine neuartige Strukturierung molekularer Nanosystem ermöglicht“, fasst Witte zusammen. Witte leitet eine Arbeitsgruppe für Molekulare Festkörperphysik an der Philipps-Universität. Koert lehrt Organische Chemie in Marburg. Beide gehören dem Marburger Sonderforschungsbereich „Struktur und Dynamik innerer Grenzflächen“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft an, der die zugrundeliegende wissenschaftliche Arbeit finanziell unterstützt hat.
U. Marburg / DE
