News

Dipolringe auf künstlichen Nanostrukturen

In der Halbleitertechnik stellt man bisher nanostrukturierte Oberflächen durch Lithographie künstlich her, aber obwohl diese Strukturen immer kleiner werden, ist ein Limit dieser Methoden bereits absehbar. Neuerdings kann man durch „Selbstorganisation“ Oberflächen mit viel kleineren Strukturen erzeugen, die völlig neue Möglichkeiten bieten.

Abbildung 2

1/2 Bilder

Abbildung 2

Abbildung 2

Abbildung 2

Abbildung 1

1/2 Bilder

Abbildung 1

Abbildung 1

Abbildung 1

Der Bornitrid (BN) "Nanomesh" auf Rh(111) stellt so eine nanostrukturierte Oberfläche dar. Das hexagonale periodische Muster besteht aus 2 nm grossen "Löchern", die in 3.2 nm Abstand angeordnet sind (Abb.1).

Wenn es gelingt einzelne Moleküle in so einer wohlgeordneten dichtgepackten Anordnung an einer Oberfläche einzufangen und zu fixieren (im Gegensatz zum gasförmigen oder flüssigen Zustand),  ist eine Voraussetzung geschaffen  um eine spezifische Funktionalität einzelner Molekülen auszunützen zu können, die dann andere Eigenschaften als im Festkörper haben.

Dabei darf die Wechselwirkung zwischen Substrat und Molekül weder zu stark sein, weil sonst die Eigenschaften des freien Moleküls verloren gehen, noch zu schwach sein, weil sich sonst die Moleküle bei Zimmertemperatur bereits bewegen könnten.

In dieser Arbeit wurde von den Kollegen der Universität Zürich die Funktionalität des BN-Nanomeshes demonstriert und z.B. Cu-Phthalocyanin Moleküle auf dem BN-Nanomesh eingefangen (Abb.1). Die theoretischen Rechnungen unserer Gruppe konnten das beobachtete Verhalten erklären.Die unterschiedlichen Atomabstände von BN und Rh(111) führen zu einer geordneten Fehlorientierung von BN relativ zu den Rh Atomen, wobei sich je nach der Position von BN über dem Rh "Löcher" oder "Drähte" ausbilden.In unseren Rechnungen finden wir unterschiedliche Ionizitäten der BN Atome in den "Löchern"  gegenüber jenen in den umgebenden Barrieren („Drähten“), wodurch sich ein Potentialunterschied ausbildet und die resultierenden "Dipolringe" können einzelne Moleküle einfangen und stabilisieren (Abb.2). Dieser Mechanismus könnte von allgemeiner Art sein und somit das Grundprinzip auch für ähnliche Strukturen liefern.

Die erste Science Publikation der Fakultät der Technischen Chemie entstand unter Mitwirkung von Peter Blaha und Robert Laskowski, Institut für Materialchemie:

"Surface Trapping of Atoms and Molecules with Dipole Rings", H. Dill, J. Lobo-Checa, R. Laskowski, P. Blaha, S. Berner, J. Osterwalder, T. Greber: Science 319, 1824 (2008)