Wichtiger Baustein für die molekulare organische Elektronik erstmals charakterisiert

Schematische Darstellung der Fulleren-Diamantoid-Diode / Bildquelle: Prof. Peter R. Schreiner

Weiterer Durchbruch in der organischen molekularen Elektronik: Die erstmalige Darstellung und Einzelmolekülcharakterisierung einer organischen Diode aus natürlichen Materialien ist einer Gruppe von Forscherinnen und Forschern in der renommierten Stanford University in den USA und der Gießener Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Peter R. Schreiner, Institut für Organische Chemie der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) gelungen. Ein entsprechender Bericht ist im Journal „Nature Communications“ (2014, 5, DOI: 10.1038/ncomms5877) erschienen.

Dieser nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehende Gleichrichter ist ein fundamental wichtiger Baustein für die sich rasant entwickelnde organische molekulare Elektronik. Benötigt werden immer kleinere, leichtere, flexible und vor allem Schwermetall-freie elektronische Hochleistungsbausteine für die Halbleiterindustrie. Der jetzt charakterisierte neuartige Halbleiter besteht aus einem Nanodiamantmolekül (Diamantoid) und einem Fulleren, das die kugelige Struktur eines Fußballs aus 60 Nahtkreuzungen besitzt, an denen Kohlenstoffatome sitzen. Beide Strukturelemente kommen natürlich vor und sind Strukturvarianten des Kohlenstoffs (Graphit ist die meist verbreitete und unter Normalbedingungen stabilste Form). Da Nanodiamanten Elektronenemitter und Fullerene Elektronenakzeptoren sind, werden hier also zwei grundlegend verschiedene elektronische Eigenschaften miteinander verknüpft, die für den Aufbau eines Gleichrichters notwendig sind.

Nach der chemischen Synthese haben die Wissenschaftler die Moleküle auf Goldoberflächen aufgebracht und mittels Rastertunnelmikroskopie und -spektroskopie bei tiefer Temperatur eingehend charakterisiert. Dabei ist es gelungen, die elektrischen Ströme der Einzelmoleküle mit und entgegen der Molekülachse zu vermessen, um das Gleichrichteverhalten zu ermitteln. Hier zeigt sich, dass der Stromfluss in die eine Richtung etwa zwanzigmal intensiver ist als in die Gegenrichtung. Das beschriebene System eröffnet somit den Zugang zu einer völlig neuen Halbleiterklasse, die eine noch weitere Miniaturisierung zulässt und dabei flexible sowie nachhaltige elektronische Bauelemente für das Design von beispielsweise Computerchips ermöglicht.

Veröffentlichung – Unconventional molecule-resolved current rectification in diamondoid-fullerene hybrids, Jason C. Randel, Francis C. Niestemski, Andre´s R. Botello-Mendez, Warren Mar, Georges Ndabashimiye, Sorin Melinte, Jeremy E.P. Dahl, Robert M.K. Carlson, Ekaterina D. Butova, Andrey A. Fokin, Peter R. Schreiner, Jean-Christophe Charlier & Hari C. Manoharan, DOI: 10.1038/ncomms5877

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