Ein Fährmann für Elektronen

Englischen Physikern ist es erstmals gelungen, einen neuartigen elektrischen Kontakt zu konstruieren und bei der Arbeit zu beobachten. Der Stromfluss wird dabei durch ein winziges Goldkügelchen bewerkstelligt, das in einem schmalen Spalt hin und her pendelt und dabei immer nur eine Handvoll Elektronen transportiert.

Auf Basis dieses Mechanismus könnten Schaltelemente und regelrechte Rechenschieber im molekularen Maßstab verwirklicht werden, glauben die Forscher um Sergey Gordeev von der Universität Bath und Sergey Savel’ev von der Universität Loughborough. Ebenfalls vorstellbar seien extrem genaue Strommesser und Speicherbausteine mit minimaler Leistungsaufnahme, schreiben die Forscher in einem online zur Diskussion gestellten Artikel.

Die Physiker brachten zwei feine Goldelektroden auf einen Siliziumchip auf, zwischen denen eine Lücke von 20 Nanometern (Millionstel Millimetern) klaffte. Spalt und Elektroden überzogen sie mit einem elastischen und leicht “klebrigen” Film aus Oktandithiol. Schließlich bugsierten sie ein knapp 20 Nanometer großes Goldkügelchen in den Spalt und legten eine elektrische Spannung an die Elektroden an.

Bei niedrigen Spannungen stellte sich nur ein minimaler Stromfluss ein, beobachteten die Forscher. Offenbar nutzten gelegentlich einzelne Elektronen das Kügelchen als Trittstein, um durch den Spalt zu tunneln. Erst ab einer Spannung von 3 Volt stieg der Strom schlagartig an. Der Grund war, dass nun genügend starke elektrische Felder an dem Kügelchen zerrten, sodass dieses auf seiner Unterlage in Bewegung geriet.

Dabei nahm es im Schnitt 4 Elektronen an der negativen Elektrode auf und wurde - nun selbst elektrisch negativ geladen - zur positiven Elektrode gezogen. Dort gab es die Elektronen wieder ab, war nun positiv geladen und wurde daher erneut zur negativen Elektrode gezogen. Dieser Zyklus lief mehrere Milliarden Mal pro Sekunde ab, zeigten die Messungen Gordeevs, Savel’evs und ihrer Kollegen. Die Forscher wollen nun versuchen, den Prozess noch feiner zu steuern, sodass jeweils nur ein einzelnes Elektron übertragen wird.

Forschung: Andriy V. Moskalenko und Sergey N. Gordeev, Department of Physics, University of Bath; Sergey E. Savel’ev, Department of Physics, Loughborough University, Loughborough; und andere

Veröffentlichung als Preprint, arXiv:0810.2430

WWW:
Sergey Gordeev, University of Bath
Sergey Savel’ev, Loughborough University
- Operation of a Shuttle-Junction
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