Archiv des Monats: März 2009

Wachsame Fensterscheiben

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Mediendienst der Fraunhofer-Gesellschaft vom März 2009

Schleicht jemand vor dem Fenster herum und versucht einzubrechen? Fenster und Glastüren werden jetzt sensibel für verdächtige Bewegungen: Sie erkennen, ob und wie schnell sich etwas bewegt. Bei einem Menschen ertönt ein Alarm, fliegt nur ein Vogel vorbei, bleibt alles still.

18 Uhr, das Museum schließt die Pforten. Die Alarmanlage am Ge-bäude wird eingeschaltet, hin und wieder dreht der Sicherheitsdienst seine Runde. Ein neuartiger Bewegungssensor der Fraunhofer-Institute für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam-Golm und für Rechnerarchitektur und Softwaretechnik FIRST in Berlin kann künftig für noch mehr Sicherheit sorgen: Fensterscheiben oder Glas-türen erkennen über eine spezielle Beschichtung Bewegungen. Verändert sich vor der Scheibe etwas? Schleicht sich jemand heran? In diesem Fall gibt das Fenster einen Warnhinweis an den Sichterheitsdienst.

»Das Glas ist mit einem fluoreszierenden Material beschichtet«, erklärt Dr. Burkhard Elling, Gruppenleiter am IAP. »In der Schicht sind Nanoteilchen enthalten, die Licht in Fluoreszenzstrahlung wandeln.« Das Prinzip: Unsichtbares Licht einer UV-Lampe »beleuchtet« die Fensterscheiben und erzeugt in der Schicht Fluoreszenzstrahlung. Diese wird zu den Kanten des Fensters geleitet, wo Sensoren sie detektieren. Für einfache Anwendungen reicht ein einzelner Sensor: Tritt jemand in das Licht der Lampe – ähnlich wie bei einer Lichtschranke – gelangt weniger Licht auf die Schicht, es entsteht weniger Fluoreszenzstrahlung. Bringt man an allen vier Seiten des Rahmens mehrere Sensoren an, erlauben die Daten Rückschlüsse darauf, wie schnell und in welche Richtung sich ein Objekt bewegt. Auch die Größe lässt sich über die Sensoren abschätzen: Handelt es sich um ein kleines Wesen wie einen Vogel oder um einen Menschen? Die Schwelle für den Alarm kann man einstellen: Etwa so, dass bewegte Objekte in der Größe von Vögeln keinen Alarm auslösen.

Ebenso wenig reagieren die Sensoren auf das Licht vorbeifahrender Autos: Die Forscher vom FIRST haben eine Software entwickelt, die verschiedene Lichtsignale interpretieren kann. Dadurch kann das System problemlos zwischen der Frequenz der UV-Lampe und der langsamen Änderung eines vorbeiziehenden Scheinwerferlichts unterscheiden. Weitere Vorteile: Das Persönlichkeitsrecht von Personen bleibt gewahrt, denn das System erkennt nur die Strahlungsänderung, nicht aber, durch welche Person sie ausgelöst wird. Zudem ist es kostengünstig: Die Schicht kann mittels Air-Brush-Technik auf die Fenster gesprüht oder als Folie aufgeklebt werden. Einen Demonstrator gibt es bereits. Nun wollen die Forscher die Farbstoffe und deren Konzentration in der Schicht optimieren.

Externer Link: www.fraunhofer.de

OXYCOAL-AC: „Wir machen Kraftwerke sauberer“

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Pressemitteilung der RWTH Aachen vom 16.03.2009

Im alten Heizkraftwerk an der Wüllnerstraße, nur einen Steinwurf vom Hauptgebäude der RWTH Aachen entfernt, wird eifrig an der Zukunft gearbeitet. Die Forscher von sechs RWTH-Instituten testen dort ein innovatives Kohlekraftwerk. Das Besondere an der Stromfabrik der nächsten Generation: Sie pustet so gut wie kein klimaschädliches Kohlendioxid mehr in die Luft.

Fossile Kraftwerke, in denen Strom mit Kohle, Erdgas oder Öl produziert wird, haben einen schlechten Ruf. Sie stoßen viel CO2 aus und belasten die Umwelt dadurch sehr stark. „Doch ohne sie geht es nicht“, sind sich die Experten einig. Mit erneuerbaren Energien allein wird man den Strombedarf der nächsten Jahrzehnte nämlich nicht decken können. Um die anspruchsvollen europäischen Klimaziele dennoch zu erreichen, führt an einem kein Weg vorbei: Die Kraftwerke müssen sauberer werden – und das, so schnell wie möglich.

Ingenieure  der RWTH Aachen entwickeln deshalb im Rahmen des Forschungsvorhabens OXYCOAL-AC ein kohlebasiertes Oxyfuel-Verfahren. Finanziert wird das Forschungsprojekt vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie im Rahmen seiner COORETEC-Initiative, vom Ministerium für Innovation, Wissenschaft, Forschung und Technologie des Landes Nordrhein-Westfalen und – mit einem Anteil von insgesamt 20 Prozent des Fördervolumens – aus der Industrie. Zu den Förderern gehören Unternehmen wie RWE Power, E.ON Energie, Hitachi Power Europe, MAN Turbo und Linde.

Anders als in gewöhnlichen Kraftwerken, wird die Kohle im Aachener Versuchskraftwerk nicht mit Luft, sondern mit Sauerstoff verbrannt. „So lässt sich der Strom auf einem nahezu emissionsfreien Weg erzeugen“, sagt Univ.-Prof. Dr.-Ing. Reinhold Kneer vom Lehrstuhl für Wärme und Stoffübertragung, einem von insgesamt sechs RWTH-Instituten, die an dem Forschungsvorhaben OXYCOAL-AC beteiligt sind. „Wie in jedem anderen Kraftwerk entsteht auch bei uns durch die Verbrennung des Kohlenstoffs CO2. Wir versuchen allerdings, im Abgas möglichst nur Kohlendioxid zu haben, um es leichter abtrennen zu können. Statt Luft verwenden wir zur Verbrennung deshalb reinen Sauerstoff und erreichen damit, dass das bei der Verbrennung entstandene Kohlendioxid im Abgas nicht mit Luftstickstoff verdünnt ist. Dadurch lässt sich das CO2 von weiteren bei der Verbrennung entstandenen Rauchgasbestandteilen leichter und wirtschaftlicher abtrennen.“

Der zur Verbrennung der Kohle notwendige Sauerstoff muss nicht kosten- und energieintensiv über eine Luftzerlegungsanlage hergestellt werden. Der Sauerstoff wird über das Herzstück der Aachener Anlage gewonnen: über eine moderne Keramik-Membran. „Uns ist es gelungen, eine Hochtemperatur-Membran-Technik zu entwickeln, mit deren Hilfe der reine Sauerstoff bei etwa 850 Grad Celsius gewonnen werden kann“, so Dr. rer. nat. Malte Förster vom Lehrstuhl für Wärme- und Stoffübertragung der RWTH Aachen. „Unsere Membran weist eine Kristallgitterstruktur auf, die Sie in der Funktionsweise mit einem engmaschigen Damenstrumpf vergleichen können“, ergänzt Kneer. „Diese Membran ist nur für Sauerstoffmolekühle durchlässig.“ Das Abgas wird dann teilweise erneut in die Brennkammer eingeleitet. Am Ende entsteht ein Gas mit sehr hoher CO2-Konzentration, das anschließend verdichtet und emissionssicher gelagert werden kann.

„In einer ersten Phase haben wir eine Anlage für diesen speziellen Prozess aufgebaut und das Membranmodul entwickelt, jetzt testen wir das Zusammenspiel der Komponenten in unserer Pilotanlage“, erklärt Kneer. „Anschließend werden wir den universitären Maßstab verlassen und das Verfahren großtechnisch untersuchen.“ Mit einer kommerziellen Nutzung rechnet Prof. Kneer allerdings nicht vor 2020. 

„Auch wenn die langfristige Förderung der regenerativen Energiequellen sicherlich ein erfolgsversprechender Weg ist: Kurzfristig wird diese Form der Energiegewinnung die Versorgungslücken in Europa nicht schließen können“, ist Kneer überzeugt. An dem Vorhaben der RWTH Aachen, Kohlekraftwerke sauberer zu machen, führt also kein Weg vorbei, so die Ingenieure. (i. A. Alain Kniebs)

Externer Link: www.rwth-aachen.de

Datenspeicher gehen ins Netz

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Presseinformation der Max-Planck-Gesellschaft vom 16.03.2009

Die Magnetisierung von Eisenatomen in einem metallorganischen Netz lässt sich mit Sauerstoff beeinflussen – so werden extrem dichte Datenspeicher möglich

Dichter ließe sich ein Datenspeicher kaum packen: Ein internationales Forscher-Team, an dem auch Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung in Stuttgart beteiligt waren, hat die Grundlagen geschaffen, um Bits jeweils in einzelnen Eisenatomen zu speichern. Nach einer Methode, die am Stuttgarter Max-Planck-Institut entwickelt wurde, haben die Forscher auf einer Kupferoberfläche ein Netz aus Eisenatomen und Terephthalsäuremolekülen geknüpft. Die Eisenatome bilden dabei die Knoten des Netzes, die durch die organischen Moleküle verbunden sind. Jedes Eisenatom könnte in seinem magnetischen Moment ein Datenbit speichern. Gewöhnlich liegt das Moment nämlich wie ein winziger Stabmagnet in der Ebene des Netzes. Fügen die Wissenschaftler Sauerstoff hinzu, setzt dieser sich auf das Eisen und klappt den Stabmagneten aus der Ebene heraus. Die beiden magnetischen Orientierungen können für die Null oder Eins eines Bits stehen. (Nature Materials, März 2009)

Die größten Festplatten speichern derzeit rund 400 Gigabits pro Quadratzoll, auf jedem Quadratzentimeter also etwa 60 Gigabits. Das ist viel, aber es geht noch mehr. In dem Netz aus Eisenatomen und organischen Molekülen, das die Wissenschaftler nun geknüpft haben, fänden im Prinzip 700-mal mehr Datenpunkte Platz, nämlich knapp 50 Billionen pro Quadratzentimeter.

Nur 1,5 Nanometer Abstand trennen die Eisenatome in dem Netz, einem zweidimensionalen quadratischen Gitter. Zu diesem Gitter verbinden sich Eisen und Terephthalsäure von selbst auf einer Kupferoberfläche, wie auch Kochsalz ein regelmäßiges Gitter und keinen wilden Haufen bildet. Die Forscher müssen sie nur im richtigen Mischungsverhältnis und bei geeigneter Temperatur in einer Vakuumkammer verdampfen. „Metall und Säure vernetzen sich dann dank der besonderen Eigenschaften der Stoffe und dank der Kupferoberfläche, die als Ordnungshilfe wirkt“, sagt Sebastian Stepanow, der an der Arbeit maßgeblich beteiligt war.

An die Kupferoberfläche heften sich sowohl die Moleküle der organischen Säure als auch die Eisenatome, da sie ungern einsam im luftleeren Raum schweben. Die Säuremoleküle formen an zwei Enden Zangen, die begierig nach Metallatomen greifen. Die auf der Kupferoberfläche sitzenden Eisenatome bieten ihrerseits genügend Platz, um sich an vier Seiten von den Säurezangen packen zu lassen. Auf diese Weise entstehen propellerartige Komplexe. Durch die Bindungen der Moleküle untereinander wächst peu à peu das metallorganische Netz.

Schaltung zwischen Null und Eins

Als Datenspeicher taugt dieses Netz aber nur, wenn die Eisenatome sich zwischen zwei Einstellungen hin und her schalten lassen. Nur dann können sie Bits codieren. Eine Einstellung steht für die Null, die andere für die Eins, die beiden Buchstaben des digitalen Alphabets. Eine Eigenschaft, die sich zwischen zwei Zuständen hin und her schalten lässt, ist das magnetische Moment eines Atoms – wenn man es clever angeht.

Das magnetische Moment eines Eisenatoms wird vom Spin bestimmter Elektronen erzeugt und macht es zu einem winzigen Stabmagneten. Der Spin eines Elektrons gibt, anschaulich ausgedrückt, wieder wie sich ein Elektron um sich selbst dreht. Gewöhnlich liegen die Spins wahllos im Raum, es sei denn sie spüren ein äußeres Magnetfeld – deshalb wird ein Stück Eisen an einem Permanentmagneten selbst magnetisch. Oder die chemische Umgebung des Eisens zwingt die Spins in eine bestimmte Richtung. Den zugrundeliegenden Effekt nennen Physiker Spin-Bahn-Kopplung. Dabei orientieren sich die Spins nach der Richtung des Magnetfeldes respektive an ihrer chemischen Umgebung. Die Elektronen laufen auf räumlich gerichteten Bahnen, das heißt im Prinzip nicht auf einem Kreis, um den Atomkern. So wird ein Eisenatom zu einem Stabmagneten.

„Genau das passiert in unserem metallorganischen Netz auf der Kupferoberfläche, so dass die Stabmagnete alle waagerecht in dem Netz liegen“, sagt Sebastian Stepanow. Der Grund: In dem metallorganischen Netz bewegen sich die Elektronen, die das magnetische Moment erzeugen, auf anderen Bahnen als in einem massiven Eisenstück. Und die räumliche Lage der Elektronen-Bahn gibt dem magnetischen Moment eine bevorzugte Lage.

Sauerstoff im metallorganischen Netz

Gibt es eine derart bevorzugte Richtung sprechen Physiker von einer Anisotropie. „Wir können diese Anisotropie nun gezielt beeinflussen“, sagt Klaus Kern. Zu diesem Zweck fangen die Forscher Sauerstoff mit dem eisenhaltigen Netz, indem sie diesen wohldosiert in die Kammer einströmen lassen. Auf einige Eisenatome setzen sich dann Sauerstoffmoleküle. In einem Eisenatom mit solch einer Krone ändert sich die Richtung, in der sich der Stabmagnet orientiert: Bildlich gesprochen, richtet er sich auf und ragt nun senkrecht aus dem Netz.

Ob der Stabmagnet waagerecht im Netz liegt oder senkrecht darin steht, bestimmen die Physiker am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung mit einer ausgeklügelten Methode, die mit polarisiertem Röntgenlicht einen sogenannten magnetischen Zirkulardichroismus ermittelt: Sie leuchten mit einem Synchrotronstrahl gewisser Energie auf das Material. Mal ist das Licht links und mal rechts polarisiert. Das heißt bildlich gesprochen, die Lichtwelle dreht sich mal links und mal rechts um seine Laufrichtung. Die Elektronen im Eisenatom absorbieren diese Energie. Die Absorption von rechts oder links zirkular polarisiertem Licht hängt nun jeweils davon ab, wie stark das Eisen in die Richtung des Röntgenstrahles magnetisiert ist. Die Differenz gibt den Zirkulardichroismus wieder. Bestimmt man dessen Stärke für verschiedene Richtungen, so erfährt man in welche Richtung der Stabmagnet weist.

„Da sich die Eisenatome gegenseitig nicht spüren, beeinflusst der Sauerstoff das magnetische Moment selektiv“, sagt Stepanow. Der Stabmagnet kippt also nur bei den EIsenatomen, die eine Sauerstoffkrone tragen. Bislang haben die Physiker aber keinen Einfluss darauf, auf welche Metallatome sich ein Sauerstoffmolekül setzt. „Prinzipiell ließe sich das mit einem Rastersondenmikroskop steuern“, so Stepanow. Ein Rastersondenmikroskop besitzt eine feine Spitze, die ein Sauerstoffmolekül aufnehmen und gezielt zu einem Eisenatom manövrieren könnte.

Maßnahmen gegen magnetischen Schwund

Daran arbeiten die Forscher derzeit aber noch nicht. Sie suchen zunächst eine Möglichkeit, mehrere Eisenatome zu einem magnetischen Kollektiv zu verbinden. Denn ein Eisenatom pro Bit ermöglicht zwar den dichtesten Speicher, reicht aber vielleicht nicht für eine zuverlässige Datenspeicherung. Also wollen die Physiker den Eisenatomen ein Gespür füreinander geben. Das würden die Metallatome entwickeln, wenn sie näher zueinander rückten, wenn sie also durch kürzere Molekülen vernetzt wären. Moleküle, die das so zuverlässig tun wie Terephthalsäure, sind jedoch schwer zu finden.

„Daher versuchen wir das metallorganische Netz mit einer Isolationsschicht von der Kupferoberfläche zu trennen“, sagt Stepanow. Die Elektronen des Kupfers treten in mehr oder weniger starken Kontakt mit jenen des metallorganischen Netzes, das auf seiner Oberfläche liegt. So zieht Kupfer einiges von der magnetischen Kraft ab, die jedes Eisenatom auf seine Umgebung ausübt. Ohne den Schwund könnte die Kraft bis zu den nächsten Nachbaratomen reichen.

Dass genau das Netz aus Eisen und Terephthalsäure einmal in Festplatten Daten speichern wird, ist auch deshalb unwahrscheinlich, weil die Stabmagnete nur bei knapp 270 Grad Celsius unter Null zuverlässig eine bevorzugte Richtung einnehmen. Bei höheren Temperaturen, reicht die Wärmeenergie, um die Stabmagnete von einer bevorzugten Richtung abzubringen. „Mit unserem Hybridmaterialien haben wir aber bewiesen, dass es prinzipiell Materialien gibt, die Bits in einzelnen Atomen speichern können“, sagt Klaus Kern. „Und wir lernen an ihnen mehr über die Grandlagen der Spintronic, die anders als die Elektronik mit den Spins der Elektronen und nicht ihrer elektrischen Ladung arbeitet.“ Jetzt geht es darum, mit diesem Verständnis Stoffe zu entwickeln, die sich auch für Festplatten im PC eignen. [PH]

Originalveröffentlichung:
Pietro Gambardella, Sebastian Stepanow, Alexandre Dmitriev, Jan Honolka, Frank de Groot, Magalí Lingenfelder, Subhra Sen Gupta, D.D. Sarma, Peter Bencok, Stefan Stanescu, Sylvain Clair, Stefan Pons, Nian Lin, Ari P. Seitsonen, Harald Brune, Johannes V. Barth, and Klaus Kern
Supramolecular control of the magnetic anisotropy in two-dimensional high-spin Fe arrays at a metal interface
Nature Materials 8, 189 (2009)

Externer Link: www.mpg.de

Beschleunigte Analyse von Krebsgenen

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Pressemeldung der Universität Erlangen-Nürnberg vom 11.03.2009

Erlanger Forscher entwickeln weltweit neuen Test

Wissenschaftler des Universitätsklinikums Erlangen haben einen weltweit neuen Test entwickelt, mit dem die krebsfördernden Wirkungen von Genen schnell und in großer Zahl analysiert werden können. Die Erlanger Forscher konnten mit dem Test auf Grundlage der so genannten „systembiologischen Zellchip-Analyse“ erstmals ein Virus entschlüsseln, das als Auslöser eines bösartigen Tumors – des Kaposi-Sarkoms – gilt. „Wir sind jetzt in der Lage, in kurzer Zeit sehr viele unterschiedliche Facetten der tumorigenen Wechelswirkungen eines Virus mit seiner Wirtszelle zu analysieren“, sagte Prof. Dr. Stürzl aus der Abteilung Molekulare und Experimentelle Chirurgie der Chirurgischen Klinik des Uni-Klinikums Erlangen. Die systembiologische Zellchip-Analyse ist weltweit gegenwärtig nur noch an vier weiteren Forschungszentren in Heidelberg, Finnland, Japan und den USA möglich.

Das Forschungsergebnis der Erlanger Wissenschaftsarbeit ist jetzt im Journal of Virology erschienen [Konrad et al., 83, 2563-2574 (2009)]. Der Herausgeber des Journals hebt den Erlanger Ansatz im Vorwort als „richtungsweisend für die Analyse der Wechselwirkung“ von Viren mit Zellen hervor. „Wenn wir wissen, welche genetischen Bausteine Krebs begünstigen, sind wir dem Ziel sehr nahe, Krebs zu verhindern oder deutlich effektiver zu therapieren“, sagte Prof. Stürzl.

Die im aktuellen Journal of Virology vorgestellte Forschungsarbeit beschäftigt sich mit dem humanen Herpesvirus-8. Er ist Auslöser des Kaposi-Sarkoms, eines malignen Tumors, der vor allem in Zentralafrika sehr häufig auftritt. Bisher war nicht bekannt, welche der 86 bekannten Gene des Virus die Tumorentstehung steuern. Dies lag unter anderem daran, dass tumorigene Wirkungen oft auf dem Zusammenwirken mehrerer Gene beruhen und die hohe Zahl der hierfür notwendigen Untersuchungen mit herkömmlichen Verfahren nicht bewältigt werden kann.

Mit einem neuen systembiologischen Ansatz gelang es den Forschern der Abteilung Molekulare und Experimentelle Chirurgie in Zusammenarbeit mit einem Forschungsteam des Virologischen Instituts des Uni-Klinikums (PD Dr. Frank Neipel) erstmals alle Bestandteile des humanen Herpesvirus-8 einzeln und in unterschiedlichen Kombinationen auf einem einzigen Chip in eukaryontischen Zellen zur synthetisieren. Diese Zellchip-Analyse stellt nach Art eines Ersatzteillagers alle Komponenten des Virus bereit und ermöglichte die Durchführung von mehr als 14.000 Analysen zur Wirkung viraler Gene in eukaryontischen Zellen. 

In Folge dieser Untersuchungen konnten zwei neue herpesvirale Regulatorproteine identifiziert werden, die eine wichtige Rolle bei der Entstehung des Kaposi-Sarkoms spielen könnten. Künftige Untersuchungen zielen darauf ab, die identifizierten Proteine als molekulare Angriffspunkte zur Behandlung des Kaposi-Sarkoms einzusetzen.

Mit der Zell-Chip-Technologie können auf der Fläche eines 50 Cent-Stücks 256 zu untersuchende Eiweiße geordnet wie in einem Ersatzteillager in Tumorzellen produziert werden. Bisher waren hierzu Kulturen auf einer Fläche notwendig, die mindestens der von zwei 100 Euro-Scheinen entsprach. Die mit der Zell-Chip-Analyse erreichte Kostenreduktion entspricht der Flächenreduktion. Demzufolge erlaubt diese neue Technologie wesentlich schneller und kostengünstiger die krankheitsrelevanten Funktionen von Genen zu bestimmen.

Externer Link: www.uni-erlangen.de

Neue Nanodrähte aus „Schmierstoff“

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Pressemitteilung der TU Dresden vom 10.03.2009

Nanoröhren aus Kohlenstoff gelten wegen ihrer herausragenden physikalischen und chemischen Eigenschaften als Top-Kandidaten, um mikroelektronische Bauelemente weiter zu miniaturisieren und das heute gängige Silizium eines Tages zu verdrängen. Der technologischen Anwendung stehen jedoch ungünstige Material-Eigenschaften entgegen, wie etwa das Zusammenkleben der Röhrchen. Wissenschaftler der TU Dresden und des Forschungszentrums Dresden-Rossendorf (FZD) demonstrierten die Überlegenheit von Nanodrähten aus Molybdänsulfid in Experiment und Simulation und veröffentlichten ihre Ergebnisse vor kurzem in dem Fachjournal „Nano Letters“.

Seit der Entdeckung der Kohlenstoff-Nanoröhren im Jahr 1991 arbeiten Wissenschaftler intensiv daran, die Nanoröhren für unterschiedlichste Technologien zu erschließen: man erhofft sich Nanoröhren-Transistoren oder Nanoröhren-Speicher aus Kohlenstoff. Die nur wenige millionstel Millimeter kleinen Röhrchen könnten aber auch in der Medizin oder in neuen Bildschirmgenerationen zum Einsatz kommen, wären da nicht einige hinderliche Eigenschaften bei der Integration zu überwinden. So gelingt die elektronisch oder sogar strukturell sortenreine Herstellung der Nanoröhren nur mit aufwendigen Hilfsmitteln, die Röhrchen sind schwach löslich und verkleben zu Bündeln. Auch lassen sie sich nur schlecht elektrisch kontaktieren, was ihren Einsatz in der Mikroelektronik erschwert. Prototypen für unterschiedliche Anwendungen konnten zwar in Labors weltweit schon gefertigt werden, doch spielen Kohlenstoff-Nanoröhren heute für den Markt kaum eine Rolle.

Das Dresdner Forscherteam um Prof. Gotthard Seifert von der TU Dresden und Dr. Sibylle Gemming vom FZD interessiert sich seit Jahren für Molybdänsulfid (MoS), das als Schmierstoff oder als Beimengung in Katalysatoren vielfach industriell genutzt wird. Für die Substanz gilt, dass die physikalischen und chemischen Eigenschaften deutlich stärker mit der Partikelgröße und -form variieren als bei anderen Materialien. In Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof. Flemming Besenbacher (U. Aarhus, Dänemark) gelang nun die Herstellung und vollständige experimentelle wie theoretische Charakterisierung von MoS-Drähten, die mit überragenden Vorteilen aufwarten können: als metallische Drähte sind sie sehr stabil, sie verkleben nicht so leicht wie ihre Verwandten aus Kohlenstoff, sie haben sehr gute elektronische Transport-Eigenschaften und sie lassen sich relativ einfach zu einem Halbleiter umwandeln, indem man sie verdreht. Jedes halbleitende Material besitzt eine typische Bandlücke, die für die konkreten elektronischen und optischen Eigenschaften verantwortlich ist. Bei MoS-Drähten ist interessant, dass diese Bandlücke linear mit dem Verdrillungswinkel mitwächst, was einen möglichen Einsatz als Nano-Schalter nahelegt. Erstaunlich ist zudem die einfache Kontaktierung der MoS-Drähte mit Gold-Elektroden, wobei der Kontakt besonders stark ist: einige wenige Schwefelatome verankern den Draht am Gold, während der Stromfluss direkt durch den zentralen Gold-Molybdän-Kanal erfolgt.

Mit derart überzeugenden Eigenschaften der Molybdänsulfid-Drähte hatten nicht einmal die Wissenschaftler gerechnet. Dr. Sibylle Gemming: „Die Berechnungen zeigen, dass viele der Nachteile, die mit den Kohlenstoff-Nanoröhren einhergehen, für Molybdänsulfid-Drähte nicht zu erwarten sind. Hinzu kommt, dass sie mit allen Vorteilen von Kohlenstoff-Nanoröhren ausgestattet sind. Die neuen Nanodrähte haben deshalb ein echtes Potenzial für zukünftige elektronische Bauelemente.“ Prof. Seifert von der TU Dresden fügt hinzu: „Die Nanodrähte aus ‚Schmierstoff‘ haben uns auf sehr angenehme Weise überrascht. Als nächstes wollen wir daraus nanoelektronische Schaltkreise bauen.“

Neben reinen Molybdänsulfid-Drähten untersuchten die Forscher auch Drähte, deren Eigenschaften durch Zugabe weiterer Elemente modifiziert wurden. Auch diese Verbindungen zeigten sich in den Berechnungen wie im Experiment als vielversprechend.

Veröffentlichungen:
1. „Electromechanical Switch Based on Mo6S6 Nanowires“, I. Popov; S. Gemming; S. Okano; N. Ranjan; G. Seifert, in: NANO LETTERS 8, S. 4093-4097 (2008).
2. „Atomic-Scale Structure of Mo6S6 Nanowires“, J. Kibsgaard; A. Tuxen; M. Levisen;  E. Laegsgaard; S. Gemming; G. Seifert; J.V. Lauritsen; F. Besenbacher, in: NANO LETTERS 8, S. 3928-3931 (2008).
3. „Designing miniature wires for small-scale electronics“, I. Popov, G. Seifert, S. Gemming, in: SPIE newsroom, 25.02.2009, DOI: 10.1117/2.1200901.1456.

Externer Link: www.tu-dresden.de