Forscher weisen künstlich synthetisiertes Molekül mit fünf Ringen nach

Wissenschaftler der Royal Society of Chemistry (RSC) der Universität Warwick und von IBM Research in Rüschlikon haben mit Hilfe eines Rasterkraftmikroskops die chemische Struktur eines künstlich synthetisierten Moleküls in Form von fünf Ringen mit einer Größe von 1,2 Nanometern abgebildet und so direkt nachgewiesen.

Das aufgrund seines Aussehens, das an die fünf olympischen Ringe erinnert, “Olympicene” genannte Molekül ist die Idee eines Wissenschaftlers der RSC. An der britischne Universität wurde es auch synthetisch hergestellt. Es bestehet aus 19 Kohlenstoff- und 12 Wasserstoffatomen. Diese sind in fünf hexagonalen Ringen angeordnet. Das Ganze misst gerade einmal 1,2 Nanometer. Dies entspricht einem menschlichen Haar, dass 100.000-mal der Länge nach gespalten wurde.

“Neben der wissenschaftlichen Herausforderung, Olympicene zu kreieren, gibt es sehr gute Gründe, diese Art von Molekülen genauer zu untersuchen“, erklärt Dr. David Fox von der chemischen Fakultät der Universität von Warwick. Denn: Olympicene ist mit Graphén verwandt und gehört damit zu einer Gruppe von Verbindungen mit interessanten elektronischen und optischen Eigenschaften. Graphén ist ein ultradünnes Material mit einer Reihe vielversprechender Anwendungen, von Kommunikation in hoher Bandbreite bis zu einer neuen Generation von Low-Cost-Smartphones und TV-Bildschirmen.

Seine Entdeckung im Jahre 2004 wurde bereits 2010 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet. Graphén ist eine nur ein Atom dicke Schicht aus kristallisiertem Kohlenstoff. Viele Wissenschaftler hoffen, dass es sie in die Lage versetzen wird, eines Tages die Beschränkungen von Silizium hinter sich zu lassen und einen echten Quantencomputer zu bauen.

Direkt abgebildet wurde das Molekül mittels Rasterkraftmikroskopie von IBM-Forschern in Zürich. Sie wollen damit die Fortschritte verdeutlichen, die in der Rasterkraftmikroskopie gemacht wurden. 2009 haben die IBM Forscher um Gerhard Meyer erstmals die chemische Struktur eines Moleküls – damals Pentazen – mittels Rasterkraftmikroskopie sichtbar machen können. Die direkte Abbildung der Molekülstruktur ist laut IBM ein Durchbruch, da sich mittels verschiedener chemischer Verfahren zwar die Elemente und Atomanzahl eines Moleküls benennen lassen, aber ihre Anordnung nicht immer mit Sicherheit bestimmen lässt.

Ein Rasterkraftmikroskop verwendet eine atomar scharfe Metallspitze, die an einer kleinen Feder angebracht ist, um die winzigen Kräfte zu messen, die auftreten, wenn diese Spitze sehr nah an eine Probe, etwa ein Molekül, herangeführt wird. Aus der ortsaufgelösten Messung dieser Kräfte wird ein Abbild der Oberfläche erstellt. Damit die chemische Struktur eines Moleküls sichtbar wird, ist es notwendig, die Spitze äusserst nah – weniger als einen Nanometer – an das Molekül heranzuführen. Nur in diesem Bereich treten Kräfte auf, die massgeblich durch chemische Wechselwirkungen bestimmt werden.