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Moleküle auf Isolierfilmen

Die aktuellen Informationstechnologien basieren auf Halbleitergeräten, die laut Prognosen in den folgenden Jahrzehnten an fundamentale Grenzen stoßen werden. Um weitere Fortschritte im Bereich der Informationsverarbeitung zu ermöglichen, wandten sich EU-finanzierte Forscher Einzelmolekülgeräten zu.
Moleküle auf Isolierfilmen
Es wird damit gerechnet, dass Logikschaltkreise auf Einzelmolekülebene der wahrscheinlichste Kandidat für die nächste Generation hochleistungsfähiger Informationsverarbeitungsgeräte sind. Einzelmolekülgeräte haben jedoch, seitdem sie vor mehr als einem Viertel Jahrhundert erstmals vorgeschlagen worden sind, noch keinen Einzug in die Praxis erhalten.

Die zentralen Hindernisse sind Schwierigkeiten bezüglich des Zugangs zu Einzelmolekülen sowie die komplizierten Elektronenzustände von Molekülen, die mit Elektroden verbunden sind. Dank Fortschritten im Bereich der Mikroskopie und nummerischen Simulationen ist die Demonstration von Einzelmolekülgeräten der Realisierung näher als je zuvor.

Im Zuge des Projekts DECIMOL (Decoupled insulator-supported molecules) wandten Forscher eine Kombination aus drei experimentellen Verfahren an. Eine Rastertunnel- und dynamische Rasterkraftmikroskopie boten gemeinsam mit auf der Dichtefunktionaltheorie basierenden Berechnungen wertvolle Einblicke in Molekül-Halbleiter-Wechselwirkungen.

Die DECIMOL-Forschung war auf dünne isolierende Calciumfluorid (CaF2)-filme fokussiert, die auf einem Halbleiter-Siliziumsubstrat (111) angelagert werden. Dieses Isolator-auf-Metall-System hat sich in der Vergangenheit als relevant für Halbleitergeräte erwiesen, da es tunnelartige Barrieren bildet.

Insbesondere CaF2 wurde unter Vakuumbedingungen auf Silizium (111) abgelagert. Je nach Substrattemperatur konnten unterschiedliche Phasen induziert werden. An den Isolator-auf-Metall-Systemen platzierten die Forscher vergleichsweise inerte Moleküle wie 3,4,9,10-Perylentetracarbonsäuredianhydrid (PTCDA).

Die Forscher identifizierten unterschiedliche molekulare Assemblierungen zwischen CaF2- und CaF1-Dünnfilmen, wobei hauptsächlich Einzelmoleküle an der CaF1-Grenzschicht festgestellt worden waren. Die Untersuchung von orbitalen PTCDA-Strukturen enthüllte die elektronische Kopplung zwischen Molekülen und leitendem Substrat entlang der Isolationsbarriere.

Die DECIMOL-Resultate werden eine wichtige Grundlage für weiterführende Studien zur Abkopplung von Molekülen von halbleitenden Substraten bereitstellen. Abgesehen von Grundlagenforschung hängt die Gestaltung der „chemischen Hardware“ für die Informationsverarbeitung auf einer erfolgreichen Kopplung von Einzelmolekülen zur Erfüllung elektronischer Funktionen ab.

Verwandte Informationen

Schlüsselwörter

Halbleiter, Informationsverarbeitung, Einzelmolekülgeräte, DECIMOL, Isolator-auf-Metall
Datensatznummer: 191175 / Zuletzt geändert am: 2017-02-22
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