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Mittwoch, 27.07.2016
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Atomare Kabel mit Schutzhülle

Stabile Ketten aus Einzelatomen im Inneren von Kohlenstoffnanoröhren erzeugt

Nanodrähte gelten als Bauteil der Zukunft, sinder aber nicht ganz leicht herzustellen. Jetzt haben japanische Forscher eine neue, verblüffend simple Methode entwickelt: Sie lagern einfach Metallatome in Nanokohlenstoffrörchen ein und nutzen diese damit als Schablone, aber auch als Schutzhülle. Die Forscher stellen ihr Verfahren jetzt in der Zeitschrift Angewandte Chemie vor.
Herstellung der Nanodrähte in Nanoröhrchen

Herstellung der Nanodrähte in Nanoröhrchen

Der Trend zur Miniaturisierung in der Elektronik scheint ungebrochen. Entsprechend intensiv läuft die Forschung an neuen Bauteilen im Nanometermaßstab. Drähte in atomaren Dimensionen gelten als besonders interessante Bauelemente für zukünftige nanoskopische Anwendungen. Solche feinen Drähte zeigen zudem völlig neue elektronische Eigenschaften. Neben der nicht ganz leichten Herstellung metallischer Nanodrähte ist ihre hohe chemische Reaktivität das Hauptproblem: Sie oxidieren leicht an Luft und sind nicht stabil.

Kohlenstoffröhrchen als Schablone


Japanische Forscher um R. Kitaura und H. Shinohara haben jetzt eine neue Methode entwickelt, die einfach ist und gleichzeitig stabile Nanodrähte liefert: Sie lagern die Metallatome in das Innern von Kohlenstoffnanoröhrchen ein. Wie die Wissenschaftler berichten, entstehen dabei Metalldrähte aus einzelnen aneinander gereihten Atomen, die durch ihre Hülle so gut geschützt werden, dass sie auch langfristig stabil bleiben.

Die Herstellungsmethode besteht darin, Kohlenstoffnanoröhrchen und ein Metallpulver unter Vakuum zu erhitzen. Sie funktioniert für alle Metalle, die bereits bei relativ geringen Temperaturen in den gasförmigen Zustand übergehen, beispielsweise Europium, Samarium, Ytterbium und Strontium. Die Metallatome füllen den Hohlraum innerhalb der Kohlenstoffnanoröhrchen fast vollständig auf. Mit Europium und Kohlenstoffnanoröhrchen mit einem Innendurchmesser von etwa 0,76 Nanometern gelang es den Forschern, Drähte zu gewinnen, die nur aus einer einzelnen Kette aus aneinander gereihten Atomen bestehen. Dieser erste wahrhaftig eindimensionale Nanodraht war auch nach einem Monat an der Luft immer noch stabil.


…und als Schutzhülle


Durch Verwendung von Kohlenstoffnanoröhrchen mit anderen Innendurchmessern ließen sich ultradünne Drähte mit verschiedenen Durchmessern herstellen, beispielsweise aus zwei oder vier atomaren Ketten. Im Vergleich zum makroskopischen Europiumkristall zeigten die atomaren Drähte deutlich veränderte elektronische und magnetische Eigenschaften. Die Nanodrähte sind zudem ein ideales Modell, um eindimensionale Phänomene zu studieren. Die Forscher wollen nun die Eigenschaften der Drähte prüfen in Hinblick auf ihre Eignung als "Verkabelung" für nanoelektronische Bauteile.
(Gesellschaft Deutscher Chemiker, 08.10.2009 - NPO)