Abbildung eines molekularen Schalters

Mit Hilfe von Rastersondenverfahren – wie etwa der Rastertunnel- und Rasterkraftmikroskopie – lassen sich wertvolle Information zu einzelnen Molekülen generieren. Ein interessanter Zweig auf dem Gebiet der Forschung beschäftigt sich mit sogenannten molekularen Schaltern, welche ihre Konfiguration durch äußere Einwirkung ändern können. Ein Physik-Team an der Universität Regensburg fängt erstmals den „Schnappschuss“ eines molekularen Schalters in einer Aufnahme mittels Lateralkraftmikroskopie ein. Das Team will diese neue Technik auf weitere Systeme anwenden, um das dynamische Verhalten und die Stabilität molekularer Schalter grundlegend zu verstehen.

Der Schlüssel zum Verständnis eines molekularen Schalters ist das Verständnis des Aktivierungsprozesses, der zur Konfigurationsänderung führt. Um die Änderung zu initiieren muss dem System Energie zugeführt werden, welche üblicherweise durch die Energiebarriere zwischen den Konfigurationen gegeben ist.

Zur Bestimmung der Energiebarriere zwischen zwei Zuständen eines Adsorbates mittels der Rasterkraftmikroskopie ist eine Serie von Bildern in unterschiedlichen Höhen notwendig. Die Analyse ist jedoch problematisch: Die Änderung der Höhe der Mikroskopspitze kann die Konfiguration des molekularen Schalters beeinflussen.

Um das Problem zu umgehen, benutzen Forscher der Universität Regensburg eine Variante der Rasterkraftmikroskopie, die sogenannte Lateralkraftmikroskopie. Bei dieser Methode reicht zur Bestimmung der potentiellen Energie bereits ein einzelnes Bild in konstanter Höhe aus. Die Forscher untersuchten einzelne Kupferphtalocyanin-Moleküle auf einer metallischen Oberfläche – Moleküle, die beispielsweise in organischen LEDs Anwendung finden. Mit Hilfe der Lateralkraftmikroskopie gelang ihnen die Bestimmung der Energiebarriere zwischen den zwei Konfigurationszuständen des Moleküls.

Die Studie fängt erstmals den „Schnappschuss“ eines molekularen Schalters in einer Aufnahme mittels Lateralkraftmikroskopie ein. Das Team will diese neue Technik auf weitere Systeme anwenden, um das dynamische Verhalten und die Stabilität molekularer Schalter grundlegend zu verstehen.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

PD Dr. Alfred (Jay) Weymouth
Universität Regensburg
Fakultät für Physik
Telefon +49 941 943-2108
www.jayweymouth.com
Instagram: jayweymouth

Originalpublikation:

https://doi.org/10.1021/acsnano.0c09965
Alfred J. Weymouth, Elisabeth Riegel, Bianca Simmet, Oliver Gretz und Franz J. Giessibl, Lateral Force Microscopy Reveals the Energy Barrier of a Molecular Switch, in: ACS Nano (2021)

Weitere Informationen:

http://www.jayweymouth.com
https://www.uni-regensburg.de/physics/giessibl/team/index.html