26 Sep Präzise Einzelmolekül-Optoelektronik
Ein Wissenschaftlerteam der Abteilung für Physikalische Chemie am Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft hat eine Methode vorgestellt, die eine bisher unerreichte Kontrolle über das Photoschalten einzelner Moleküle verspricht. Nach Ansicht der Autoren ist dies ein Durchbruch, der die Zukunft der Nanotechnologie revolutionieren könnte. Die nanoskalige Optoelektronik fokussiert auf die Entwicklung elektronischer und photonischer Geräte im Nanometerbereich. Eine präzise Kontrolle über Photoreaktionen auf atomarer Ebene ist entscheidend für deren Verkleinerung und Optimierung. Lokalisierte Oberflächenplasmonen (Localized Surface Plasmons, LSPs) haben sich hier als leistungsstarke Werkzeuge erwiesen, die elektromagnetische Felder konzentrieren und verstärken können. Bisher war ihre Anwendung hauptsächlich auf metallische Strukturen beschränkt.
Photoschalten atomgenau kontrollieren
Das Team hat nun die Funktion von LSPs auf Halbleiter ausgeweitet. Mittels einer plasmonresonanten Spitze in einem Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskop gelang das reversible Anheben und Absenken einzelner organischer Moleküle auf einer Siliziumoberfläche. Das LSP an der Spitze induziert das Brechen und Bilden spezifischer chemischer Bindungen zwischen dem Molekül und dem Silizium, führt. Die Schaltgeschwindigkeit kann über die Position der Spitze bis auf 0,01 nm genau eingestellt werden; dies ermöglicht reversible Änderungen zwischen zwei verschiedenen molekularen Konfigurationen.
Ein wichtiger Aspekt ist die Einstellbarkeit der optoelektronischen Funktion mittels molekularer Modifikation auf atomarer Ebene. Das Teambestätigte, dass das Photoschalten für ein anderes organisches Molekül gehemmt ist, bei dem nur ein Sauerstoffatom, das nicht an Silizium bindet, durch ein Stickstoffatom ersetzt wurde. Diese chemische Anpassung ist entscheidend für die Abstimmung der Eigenschaften von Einzelmolekül-Optoelektronikgeräten und soll das Design von Komponenten mit spezifischen Funktionen ermöglichen, um den Weg für effizientere und anpassungsfähigere nano-optoelektronische Systeme zu ebnen.
Originalpublikation
[Y. Park et al.: Atomic-precision control of plasmon-induced single-molecule switching in a metal-semiconductor nanojunction; Nat Commun 15, 6709 (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-51000-w]
Quelle und Bild: www.fhi.mpg.de
