The September issue of Physik Journal (page 101) has featured our research activity in the field of Molecular Electronics at the University of Regensburg.
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Molekulare Elektronik
Das Potenzial der herkömmlichen Halbleiterelektronik ist zwar noch längst nicht ausgeschöpft, doch nach Alternativen wird bereits intensiv gesucht. Dazu gehört die molekulare Elektronik, die die elektrischen Eigenschaften einzelner Moleküle nutzen will, um die Miniaturisierung der elektronischen Bauelemente weiter voranzutreiben. Zunächst muss man jedoch den Ladungstransport durch einzelne Moleküle besser verstehen und das Problem der elektrischen Kontaktierung zufriedenstellend lösen. Gianaurelio Cuniberti von der Universität Regensburg beschrieb die Bemühungen, die molekulare Elektronik auf ein solideres theoretisches Fundament zu stellen.
Moleküle sind sehr flexible Objekte, deren mechanische Schwingungen den Ladungstransport beeinflussen können. Der Strom wiederum regt diese ,,Vibronen`` an. Um den Ladungstransport durch Moleküle, die zwischen zwei elektrischen Kontakten sitzen, möglichst realistisch zu beschreiben, haben Cuniberti und seine Mitarbeiter ein aufwändiges Verfahren entwickelt und zunächst auf vereinfachte Molekülmodelle angewandt. War die Kopplung zwischen den Elektronen und den Vibronen schwach, so blieben die Schwingungen sehr nahe am thermischen Gleichgewicht, und ihre Rückwirkung auf den Elektronentransport war vernachlässigbar. Bei stärkerer Kopplung wurden die Vibronen von den Elektronen aus dem thermischen Gleichgewicht getrieben, wodurch sie die Nichtgleichgewichtsverteilung der Elektronen änderten, was wiederum zu einer Änderung der Strom-Spannungs- Kurve führte. für Moleküle, die mehrere Benzolringe enthalten, sollte sich der elektrische Widerstand erheblich ändern, wenn die Benzolringe gegeneinander verdreht werden können. Diesen Effekt kann man vielleicht für einen molekularen Schalter nutzen.
Kohlenstoff-Nanoröhren könnten eine wichtige Rolle in der molekularen Elektronik spielen, z.B. als Verbindungsdrähte. Bei Experimenten hat man die überraschende Beobachtung gemacht, dass Elektroden aus gut leitendem Metall, wie Gold oder Aluminium, mit der Nanoröhre einen hohen Kontaktwiderstand haben, während dieser Widerstand für weniger gut leitende Metalle, wie Palladium oder Titan, deutlich geringer war. Cuniberti und seine Mitarbeiter haben den elektrischen Transport berechnet, der durch die Kontaktfläche zwischen einem Nanoröhrenabschnitt und einer ihn umgebenden Metallschicht stattfindet. Dabei stellte sich heraus, dass Kontakte mit einer hinreichend großen Länge von einigen hundert Nanometern die Elektronen umso besser durchließen, je schwächer die Kopplung zwischen Metall und Nanoröhre war. für gut leitende Metalle war die Kopplungsstärke groß und die Elektronen wurden am Ende des Kontaktes sehr stark reflektiert ? was die Durchlässigkeit des Kontaktes erheblich reduzierte. Bei der Kontaktierung von Kohlenstoff- Nanoröhren ist also Gold nicht die erste Wahl.
