von Julia Rinner
Winzig kleine Autos, so klein, dass sie nur über speziell angefertigte Mikroskope beobachtet werden können, fahren in einem ebenso winzigen Parcours um die Wette. 30.000 mal kleiner als die Dicke eines Haares sind die Autos groß. Sie bestehen aus unterschiedlich verknüpften Molekülen und müssen einen 100 Nanometer langen, kurvenreichen Parcours auf einer Goldplatte bewältigen. Sechs Teams aus sieben verschiedenen Ländern stellen sich dieser Herausforderung und treten beim Nano-Car-Race am 28. April 2017 in Toulouse gegeneinander an.
Dr. Moresco und ihr Team von der TU Dresden nehmen für Deutschland am Nano-Car-Race teil. Bild: Deutsches Museum
Dr. Francesca Moresco und ihr Team von der Professur für Materialwissenschaften und Nanotechnik der TU Dresden vertreten Deutschland in diesem einzigartigen Rennen. Das Pico-Labor in Toulouse stellt dafür ein Tiefentemperatur-Rastertunnelmikroskop mit vier Metallspitzen zur Verfügung, über das die Autos nicht nur gesteuert, sondern auch beobachtet werden können.
Die Metallspitze des Mikroskops besitzt am Ende ein einzelnes Atom, mit dem die Teams sehr nahe an die Goldoberfläche herankommen. Um die Autos zu bewegen, werden die Metallspitzen unter Strom gesetzt. Sobald die Metallspitze sehr nahe an die Moleküle gelangt, überträgt die Spitze Elektronen, wodurch die Moleküle angeregt werden. Die Moleküle springen, aus dem Impuls diese Energie wieder loszuwerden, in die gewünschte Richtung. Dieser Ablauf wird immer und immer wieder wiederholt, bis die Autos die Ziellinie erreichen.
Ein Rennen kann dabei schon mal zwischen 15 und 20 Stunden dauern. Das deutsche Team hat sich für eine Grundstruktur entschieden, die aus vier windmühlenartig angeordneten Acetylbiphenyl Molekülen besteht. Vor dem Rennen werden die einzelnen Moleküle auf der Goldoberfläche verdampft und gehen eine Wasserstoffbrückenbindungen ein, wodurch sich die windmühlenartige Struktur ergibt. Dieser Aufbau macht das deutsche Rennauto sehr flexibel steuerbar und so ist es für den kurvenreichen Parcours bestens gerüstet. Vier Teams können am Renntag gleichzeitig an den Start. Die beiden anderen Teams nehmen per Fernsteuerung an dem Rennen teil. Die Entwicklung der Autos dient nicht nur dazu, möglichst schnell durch den Parcours zu „rasen“, sondern findet hoffentlich zukünftig für verschiedene weitere Anwendungen Verwendung. Moresco und ihr Team beispielweise forschen gerade an der Indizierung von Elektronenmolekülen und an der Übertragung mechanischer Energie von einem Molekül auf ein anderes.
Wenn Sie genauer wissen möchten, wie ein Rasterelektronenmikroskop funktioniert, dann können Sie das im Zentrum Neue Technologien erfahren. Dort ist ein Rasterelektronenmikroskop ausgestellt und erklärt. Zudem wird dort im „Mikroskopischen Theater“ regelmäßig ein neues Rasterelektronenmikroskop vorgeführt.
Mehr zum Nano-Car-Race: http://nanocar-race.cnrs.fr/equipesen-de.php
