11.02.2016
Phasenübergang in Echtzeit beobachten
Es sind Bilder aus dem Mikroskop, und doch sehen sie aus wie aus dem Handarbeitsheft: Im einen Moment erscheint ein Perlmuster, im nächsten ein Lochmuster. Wissenschaftler aus der Arbeitsgruppe von Professor Rolf Möller vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) können mit atomarer Präzision Muster auf Oberflächen schreiben.
Das Phänomen nennt sich "Phasenübergang" und begegnet uns im Alltag regelmäßig: Als Wasser, das aus dem Kochtopf verdampft oder auch in Form von Schokoladeneis, das uns in der Sommerhitze über die Hand läuft. Wissenschaftler um die beiden Physiker Ben Wortmann und Dr. Christian Bobisch haben nun erstmals ganze Oberflächenbereiche einer Probe nach Belieben zwischen den Phasen hin- und hergeschaltet und den Vorgang in Echtzeit beobachtet.
Ihre Probe bestand aus einer Unterlage aus Kupfer und einer darauf liegenden geschlossenen Lage aus Kohlenstoffmonoxid-Molekülen. Mit der feinen metallischen Spitze eines Rastertunnelmikroskops sind die Forscher in der Lage, elektrische Felder an die Probe anzulegen und so ganze Flächen innerhalb von Sekundenbruchteilen umzuschalten - beliebig häufig und im Gegensatz zu einer Handarbeit in einem einzigen Schritt. Die Bilder dazu sind so hoch aufgelöst, dass auch ein Laie einzelne Moleküle erkennen kann, die wie Maschen in einem winzigen Strickmuster erscheinen.
Die Entdeckung von Wortmann und Bobisch schließt eine Lücke: Gegenwärtig werden elektronische Bauteile immer kleiner, und sogar einzelne Atome oder Moleküle werden bereits als Schalter diskutiert. Aber es ist technisch sehr aufwändig und daher in großem Maßstab kaum umzusetzen, einzelne Moleküle zu manipulieren. Indem man aber - wie hier geschehen - gezielt scharf umrissene Bereiche schaltet, die nur eine Moleküllage dick sind, wird die Kombination aus miniaturisierten Bauteilen und einfacher Bedienung realistischer.
Quelle: Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE)