Ein Forschungsteam der Universität Leipzig untersucht Verfahren, bei denen glasförmige, geladene Molekülbruchstücke gezielt zu komplexeren Molekülen zusammengesetzt und auf Oberflächen abgeschieden werden. Dieser Forschungsansatz ist für Anwendungen in der Nanoelektronik und Sensorik geeignet.

Von der analytischen zur synthetischen Nutzung

„Bisher wurden geladene Molekülbruchstücke hauptsächlich in der analytischen Chemie untersucht, um die Struktur von Molekülen zu bestimmen. Die Forschung der letzten Jahre hat jedoch gezeigt, dass diese Molekülbruchstücke auch für synthetische Anwendungen von großer Bedeutung sind. Durch ihre kontrollierte Abscheidung auf Oberflächen können chemische Reaktionen initiiert werden, die mit herkömmlichen Synthesemethoden nicht möglich wären“, erklärte Forschergruppenleiter Prof. Dr. Jonas Warneke vom Wilhelm-Ostwald-Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Leipzig.

Für diese Arbeiten wurden Forschungsinstrumente entwickelt, die speziell für sogenannte Dünnschichtsynthesen mit Molekülfragmenten ausgelegt sind. Solche Geräte sollen nur in Leipzig und an der Purdue-Universität, USA, derzeit existieren.

Unter Dünnschichtsynthesen versteht man die Herstellung dünner Schichten mit Dicken im Nanometer- bis Mikrometerbereich.

Forschung in Leipzig und den USA

Das Team in Leipzig berichtet unter anderem über Arbeiten mit hochreaktiven negativ geladenen Fragmenten, die gezielt an andere Moleküle gebunden werden konnten. Beispielsweise gelang die Bindung von Stickstoff aus der Luft in dünnen Schichten auf Oberflächen – ein Prozess, der für die Nutzung weniger reaktiver chemischer Rohstoffe von Interesse sein könnte.

Das Forschungsteam der Purdue-Universität ergänzt den Überblick mit Ergebnissen zur Verknüpfung metallhaltiger, geladener „Nanocluster“. Diese kleinen Partikel mit genau definierter Atomanzahl weisen besondere elektronische und magnetische Eigenschaften auf. Sie gelten daher als potenziell relevant für quantentechnologische Anwendungen. Darüber hinaus arbeiten die Teams gemeinsam an der Entwicklung der Syntheseinstrumente und zur Reaktion molekularer, geladener Katalysatoren auf Oberflächen.

Ausblick und Publikation

„Wir möchten in den kommenden Jahren unsere Arbeiten durch die Entwicklung noch leistungsfähigerer Instrumente zur Dünnschichtsynthese mit Molekülfragmenten optimieren“, so Warneke.

Dadurch können künftig auch Materialien im Mikromaßstab gezielt synthetisiert werden. Parallel dazu werden in Leipzig neue Analyseansätze verfolgt, etwa zur Untersuchung von Biomolekülen auf Oberflächen.

Zu den bisherigen Ergebnissen.