Der Physiker Richard Feymann warf bereits im Jahre 1959 eine Frage auf, mit der er das Feld der Nanotechnologie begründete: Welche Auswirkungen hätte es, wenn wir neue Materialien Atom für Atom konstruieren könnten? Viele Jahre, gescheiterte Theorien und weltweit debattierte Vorschläge später haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom LOEWE-Schwerpunkt PriOSS jetzt eine Antwort gefunden und eine Methode entwickelt, mit der organische Nanostrukturen Molekül für Molekül zusammengebaut werden können.

Für die Herstellung wird eine Salzoberfläche für die präzise Ausrichtung der Moleküle sowie die scharfe Spitze eines Rasterkraftmikroskops benötigt, die in einem einzelnen Atom bzw. Molekül endet. Dieser „Finger“ führt dann die folgenden drei Reaktionsschritte sukzessiv aus:

1. Die molekularen Ausgangsstoffe werden aktiviert, damit eine spätere intermolekulare Reaktion möglich ist.
2. Die aktivierten molekularen Bausteine werden auf der Salzoberfläche zusammengeschoben.
3. Die Rastersonderspitze führt eine chemische Reaktion herbei, die zur Bindung der Moleküle führt.

Alle Reaktionsschritte werden mithilfe kurzer Spannungspulse induziert, welche zwischen der Spitze und der Oberfläche angelegt wird. Anhand dieser neuen Methode können zukünftig neue organische Nanostrukturen hergestellt und systematisch untersucht werden, wie sich die Struktur auf die Eigenschaften auswirkt. Damit soll es auch möglich werden, die Eigenschaften gezielt zu beeinflussen. Dies ist besonders interessant für die Anwendung in elektronischen Bauelementen wie organischen Feldeffekttransistoren (OFET), Leuchtdioden (OLEDs z.B. für Smartphonedisplays) oder Solarzellen. Außerdem können durch die schrittweise herbeigeführten chemischen Reaktionen neue Erkenntnisse über die Reaktionsmechanismen von Molekülen auf Oberflächen erlangt werden.

Die Ergebnisse der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dazu wurden in der Fachzeitschrift „Nature Chemistry“ veröffentlicht.