IBM-Forscher entdecken stabilen molekularen Schalter

Wissenschaftlern des IBM Research Laboratory in Zürich und der Universität Regensburg ist es gelungen, einzelne Moleküle als elektrische Schalter zu benutzen und miteinander zu verdrahten. Anders als bisherige molekulare Schalter behält das von Peter Liljeroth und Kollegen entdeckte Molekül während des Schaltvorganges seine äußere Form weitgehend bei – es lässt sich daher einfacher mit anderen Einheiten verschalten, berichten die Forscher in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Science (Liljeroth, P., Repp, J., Meyer, G.: Current-Induced Hydrogen Tautomerization and Conductance Switching of Naphthalocyanine, Science 31. August 2007, Vol. 317, no. 5842, pp. 1203–1206).

Der Mechanismus von bisher bekannten molekularen Schaltern basiert meist auf mechanischen Verformungen und einer damit einhergehenden Änderung der elektrischen Leitfähigkeit. Die IBM-Wissenschaftler verwendeten Naphthalocyanin – ein organischer Farbstoff, der sich durch zwei Wasserstoffatome im Innern eines ringförmigen Moleküls auszeichnet. Diese Wasserstoffatome konnten die Forscher durch kleinste Stromstöße aus der Spitze eines Rastertunnelmikroskops in ihrer Position verändern. Das Umschalten führt zu keinerlei Bewegung an der Peripherie des Moleküls, da die Wasserstoffatome, die für die Schaltstellung entscheidend sind, sich in einem geschützten Hohlraum befinden. In einem weiteren Experiment schoben die Forscher mehrere Moleküle mit Hilfe des Rastertunnelmikroskops aneinander. Durch Strompulse in ein Molekül konnten sie dann ein benachbartes Molekül schalten – ein erster Schritt auf dem Weg zu komplexeren elektronischen Schaltungen. Der gefundene Mechanismus funktioniert nach ihren Angaben für eine ganze Klasse von ähnlich gebauten Molekülen und bildet damit die Grundlage für eine Reihe von möglichen molekularen Schaltungen der Zukunft.

In einer ebenfalls in dieser Ausgabe von Science veröffentlichten Arbeit beschreiben Cyrus Hirjibeheden und Kollegen, die ebenfalls in der IBM-Forschung arbeiten, wie es ihnen gelungen ist, einzelne Eisenatome derart sortiert in einer Kupfernitritschicht anzuordnen, dass sich ihr Spin systematisch auslesen lässt – ein wichtiger Schritt zum ultimativen magnetischen Datenspeicher, bei dem ein Bit in einem Atom gespeichert wird. (wst)