Molekulare Manipulation

Die Idee, die Struktur der Materie auf atomarer Ebene frei zu kontrollieren, fasziniert Wissenschaftler seit vielen Jahrzehnten. Eine faszinierende Möglichkeit, sich diesem Ziel zu nähern, ist die Verwendung komplexer funktioneller Moleküle als vorgefertigte Bausteine für Geräte und Maschinen im Nanomaßstab. Aufgrund ihres chemischen Aufbaus können solche Moleküle integrierte Funktionen wie die einer elektrischen Diode oder eines mechanischen Schalters haben. Vereinfacht ausgedrückt wäre also die richtige Anordnung der richtigen Moleküle in der Lage, komplexe Berechnungen oder mechanische Arbeiten auf der kleinsten vorstellbaren Längenskala durchzuführen. Um diese Vision herum haben sich verschiedene Forschungsbereiche gruppiert, die von der Molekularbiologie (tatsächlich existieren molekulare Maschinen bereits in allen Organismen) über die Chemie (der Nobelpreis für Chemie 2016 wurde für die Synthese und Charakterisierung molekularer Maschinen verliehen) bis zur Oberflächenphysik und Nanotechnologie reichen. Im MoMaLab wollen wir erforschen, inwieweit sich die Prinzipien der klassischen Ingenieurskunst, wie deterministische Manipulation und stückweiser Zusammenbau, auf die atomare und molekulare Skala herunter skalieren lassen. Unter den Bedingungen des Ultrahochvakuums und kryogener Temperaturen kommen einzelne Moleküle makroskopischen Werkstücken so nahe wie möglich. Bei Abwesenheit erheblicher thermischer Fluktuationen und Verunreinigungen könnte die mechanische Manipulation deterministisch und vollständig reproduzierbar werden.

Wichtige Fragen, die jedoch offen bleiben und die wir im MoMaLab angehen, sind z.B.:

(1) Wie kann man eine solche Manipulation auslösen?
(2) Wie kann man das Molekül während der Manipulation beobachten?
(3) Wie interpretiert man die spärlichen Daten, die während der molekularen Manipulation mit einem Rastersondenmikroskop aufgezeichnet werden?

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