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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Die "Mechano-Chemie" als neue Disziplin |
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| | | Eine neue Disziplin soll die Lücke zwischen Chemie und Nanophysik schließen: Die "Mechano-Chemie" versucht sich am Einsatz mechanischer Kraft - als Energiequelle
für chemische Anwendungen. |
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Nanodrähte mit einem Durchmesser von nur einem einzigen Atom haben Chemiker und Physiker um Dominik Marx vom Lehrstuhl für Theoretische Chemie der Ruhr-Universität Bochum und Harald Fuchs vom Physikalischen Institut der Universität Münster im virtuellen Labor erzeugt:
Sie zeigten durch Computersimulationen, dass man an einem "molekularen Haken" kurze monoatomare Golddrähte aus einer Oberfläche oder einem Cluster herausziehen kann. ihre Ergebnisse berichten die Forscher in der Zeitschrift "Angewandte Chemie".
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"Auf dem Weg zur 'Mechano-Chemie'"
Der Artikel "Auf dem Weg zur 'Mechano-Chemie': mechanisch induzierte Isomerisierungen von Thiolat-Goldclustern" von Daniel Krüger, Roger Rousseau, Harald Fuchs und Dominik Marx ist erschienen in "Angewandte Chemie", Bd. 20 vom 23. Mai 2003 (Titelthema). |
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 "Angewandte Chemie" |
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Cluster aus Gold und Ankermoleküle |
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Als Cluster, aus dem der Draht gezogen werden soll, wählten die Bochumer und Münsteraner Forscher Gold. Als Ankermoleküle dienten bei den Berechnungen so genannte Thiolatmoleküle, bestehend aus einem Schwefelatom an einer kurzen Kohlenwasserstoffkette (SCH2CH3).
Solche Moleküle reagieren gut mit Gold und gehen damit besonders innige Bindungen ein, sodass sie auch als Film auf Goldoberflächen aufgebracht werden können.
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Molekularer Haken zieht Golddraht heraus |
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Senkt man nun die Spitze eines atomaren Rasterkraftmikroskops (Atomic Force Microscope, AFM), versehen mit dem molekularen Haken SCH2 CH3, auf eine solche Oberfläche ab, so geht er eine Bindung mit dem Goldaggregat ein.
Vergrößert man danach die Entfernung zwischen Spitze und Oberfläche unter Kraftanwendung wieder, so zieht die Spitze einen monoatomaren Golddraht aus dem Goldaggregat heraus.
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Permanente Reorganisation metallischer Bindungen
Dabei bilden sich als Zwischenprodukte kleine Goldkomplexe aus wenigen Atomen, die mit dem Ankermolekül zusammen von der Oberfläche weggezogen werden. Während des Ziehens findet eine permanente Reorganisation metallischer Bindungen innerhalb des Goldclusters statt. Nach und nach werden die Atome über eine Kaskade von Umwandlungen (Isomerisierungen) zu einer Kette auseinandergezogen. |
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Kraftaufwand für kleinste Goldcluster berechnet |
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In ihren neuen Berechnungen prüften die Forscher, ob dieses Drähteziehen auch aus kleinsten Goldclustern heraus funktioniert. In ihnen sind die Bindungen zwischen den einzelnen Atomen wesentlich stärker als bei Oberflächen.
Das überraschende Ergebnis: Das Ziehen von solchen Drähten aus Clustern funktioniert nicht nur, es wird auch fast dieselbe Kraft benötigt wie im Fall von Oberflächen. Der Kraftaufwand bewegt sich wie erwartet im Bereich weniger nano-Newton.
In einem weiteren Schritt könnte darüber nachgedacht werden, die kleinen Goldcluster ihrerseits auf nichtleitende Oberflächen aufzubringen und sie "zu verdrahten", so die Forscher.
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01.01.2010 |
