Fortschritte bei Ausrichtung von Nanoschichten
EU-finanzierte Forscher aus Dänemark, Deutschland, Israel und den USA haben einen Weg gefunden, Moleküle auf der Oberfläche von Wasser zu Nanoschichten auszurichten, womit die Untersuchung von deren Struktur wesentlich vereinfacht wird. Ihre im Journal of Chemical Physics erschienenen Erkenntnisse ebnen den Weg für Fortschritte bei der Untersuchung von Zellmembranproteinen und bei der Entwicklung von modernen funktionellen Materialien. Nanoschichten werden dadurch erzeugt, dass das Targetmaterial in einer flüchtigen Substanz gelöst und dann auf die Wasseroberfläche gespritzt wird. Das Lösungsmittel verdampft und das Material schwimmt auf der Wasseroberfläche, wo es zu einer dünnen kristallinen Schicht zusammenkommt. Das Problem dieses Verfahrens besteht nun darin, dass, obgleich die Moleküle zusammenkommen und kristallisieren, diese regelrecht durcheinander purzeln und in lauter verschiedene Richtungen zeigen. Da aber die Ausrichtung der Moleküle die elektrischen, magnetischen und optischen Eigenschaften der schließlich vorhandenen Schicht bestimmen, ist dieses "2-D-Pulver" im Labor problematisch und für technologische Anwendungen nicht zu gebrauchen. Im Rahmen der neuen Studie bombardierten die Forscher die Schicht mit Laserstrahlimpulsen, die einige Nanosekunden andauerten. Die Laserimpulse erzeugten ein elektrisches Feld, das die Moleküle langsam drehte. Da das Feld eine Polarisation hatte, wurden die in ihm befindlichen Moleküle derart beeinflusst, dass sie in der gleichen Richtung ausgerichtet wurden. Obwohl die Erfolgsrate nur bei 30 Prozent lag, waren die resultierenden Schichten sehr viel nützlicher als alle bisher hergestellten Schichten dieser Art. Dr. Iftach Nevo, Marie-Curie-Stipendiat von der Universität Aarhus in Dänemark, teilte mit: "Soweit wir wissen, sind hier zum ersten Mal ausgerichtete Schichten von weniger als einem Nanometer Dicke hergestellt worden." Das Team stellte außerdem fest, dass die Beschaffenheit der zum Lösen des ursprünglichen Materials verwendeten flüchtigen Substanz äußerst wichtig ist, da sowohl die Verdampfungsgeschwindigkeit als auch die Temperatur einen Einfluss auf die Organisation der ursprünglichen Nanoschicht haben. Das Verfahren ist allgemein anwendbar und kann bei einem breiten Spektrum von Molekülen zum Einsatz kommen. Es ist noch nicht perfektioniert worden, aber der durch das Team erzielte Fortschritt ist ein wichtiger Schritt nach vorn, um stabile, sich selbst ausrichtende Nanoschichten zu erzielen. Derartige Schichten sind bei der Untersuchung der Struktur biologischer Gewebe und Membranen, die bei modernsten bildgebenden Verfahren eingesetzt werden, von großem Nutzen. Das neue Wissen öffnet die Tür für Nanoschichten, die bei der Entwicklung der molekularen Elektronik und ultradünner Materialien zum Einsatz kommen, die auf ausgerichtete Moleküle angewiesen sind. Es könnten sich gleichermaßen wichtige Anwendungen bei neuen Solarzelltechnologien ergeben. Laut Professorin Tamar Seideman, Mitautorin der Studie von der Northwestern University in den USA, ist die Fähigkeit zur Ausrichtung der Moleküle bei Solarzellen von entscheidender Bedeutung für deren Wirkungsgrad.
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Dänemark