Zukunfts-Bausteine - Beschaffenheit und Eigenschaften von Kohlenstoff-Nanostrukturen

Wien (FWF) - 1985 kam es zu einer zukunftsträchtigen Entdeckung: Fullerene - winzige, nur nanometergroße Kohlenstoffbällchen traten ins Blickfeld der internationalen Wissenschaft. Wenig später (1991) richtete sich das wissenschaftliche Rampenlicht auch auf die sog. Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Mittlerweile hat sich durch die Entdeckung von verbesserten Herstellungsverfahren (1996) ein vielbeachtetes Forschungsgebiet entwickelt, das die Beschaffenheit und die Eigenschaften dieser Strukturen analysiert. Diese Moleküle, deren Größe etwa dem Tausendstel des Durchmessers eines menschlichen Haares entspricht, könnten die Bausteine für die künftige Informations- und Energietechnologie sein. Thomas Pichler hat durch seine Forschungsarbeit am Institut für Materialphysik der Universität Wien, unterstützt vom FWF, einen wesentlichen Beitrag zum grundlegenden Verständnis der elektronischen Struktur der Moleküle geleistet und dafür vor kurzem den Fritz-Kohlrausch-Preis der Österreichischen physikalischen Gesellschaft erhalten.

Transistoren, die aus nur einem einzigen Molekül bestehen, Flachbildschirme, molekulare Getriebe und Speicher, Wälzlager und Teleskopfedern - all dies könnte in absehbarer Zeit mit Kohlenstoff-Nanostrukturen hergestellt werden. Sie sind extrem zug- und scherfest, haben höchste Biegsamkeit und können isolierende, halbleitende, metallische oder auch supraleitende Eigenschaften aufweisen. Sie sind die idealen Bausteine für die molekulare Nanoelektronik. Genaue Kenntnisse über ideale Herstellungsmethoden, Beschaffenheit, Eigenschaften und Funktionalitäten sind daher der Schlüssel zu einer Technologie neuen Charakters. "Wir haben anhand optischer Spektroskopie und im Vergleich zu Messungen mittels Hochenergiespektroskopie (durchgeführt am IFW-Dresden) an Modell-Strukturen von Fullerenen und Kohlenstoff-Nanoröhrchen dargestellt, wie die elektronische Struktur und die optischen Eigenschaften dieser Nanostrukturen von ihrer Größe, der lokalen molekularen Struktur und der Leitfähigkeit abhängen", erklärt Pichler. So wird etwa die elektronische Struktur der Nanomoleküle bis zu einer Teilchengröße von 4 Nanometern herab durch Graphit bestimmt. Erst bei kleineren Teilchen kommt die molekulare Elektronenstruktur zum Tragen.


Gezielte Strukturveränderungen


Pichler widmete sein Interesse aber nicht nur der Analyse der Eigenschaften, sondern auch der gezielten Veränderung der elektronischen und strukturellen Eigenschaften der Kohlenstoffnanostrukturen. "Auch auf die Art und Dynamik der Ladungsträger der Nanostrukturen haben wir besonderes Augenmerk gelegt. Es ist uns gelungen, Fullerene und Nanoröhrchen mit Metallionen zu befüllen und den Ladungstransfer sowie die gegenseitigen Wechselwirkungen zwischen Fullerenenkäfig und Metallionen zu untersuchen. Unsere Ergebnisse sind Schlüsselwerte für die weitere Arbeit mit Kohlenstoff-Nanostrukturen", erläutert Pichler. Er hat bereits weitere Projekte, auch in Zusammenarbeit mit der Industrie in Planung, so etwa die Herstellung von gezielt funktionalisierten Nanoröhrchen und Untersuchungen des Inneren von gefüllten Nanoröhrchen.


Wissenschaftlicher Kontakt
Thomas Pichler
IFW-Dresden e.V.
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Aussender
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T +43 1 710 85 99

Wien, am 5. Dezember 2002