Science
27.11.2015

US-steirisches Team tritt bei erstem Nano-Grand-Prix an

Die Uni Graz ist gemeinsam mit US-Forschern beim ersten Nano-Grand-Prix der Welt am Start. Die Miniaturfahrzeuge bestehen aus nur einem Molekül.

Ein amerikanisch-österreichisches Forscherteam hat ein Auto entwickelt und getestet, das aus einem einzigen Molekül besteht. Es ist nur etwas mehr als ein Millionstel Millimeter (ein Nanometer) groß. Die Forscher wollen damit im kommenden Jahr beim weltweit ersten Nano-Grand-Prix in Toulouse ins Rennen gehen, erklärte der Grazer Experimentalphysiker Leonhard Grill.

Hinter den Bemühungen der Nanotechnologen steckt die Idee, die Welt der Atome und Moleküle gezielt so zu manipulieren, dass sich molekulare Maschinen entwickeln lassen, welche sinnvolle Arbeit auf der atomaren Skala verrichten. Die winzigen Roboter könnten mit einzelnen Atomen oder Molekülen hantieren und fantastische neue Werkstoffe herstellen oder Substanzen transportieren. Einen Schritt in diese Richtung hat das Forscherteam mit Physikern und Chemikern aus Graz und Houston gemacht.

Erste Tests

Das nun vorliegende Nano-Auto hat in Graz erste Tests hinter sich gebracht - bei minus 268 Grad Celsius im Ultrahochvakuum, auf einer atomar flachen, kleinen Gold-Oberfläche - wie Leonhard Grill vom Institut für Chemie der Universität Graz schilderte. Das von Partnern der Rice-University in Houston (USA) entwickelte und an der Uni Graz getestete „Fahrzeug“ wurde dieser Tage auf der Futurapolis-Messe in Toulouse präsentiert, so der Leiter der Arbeitsgruppe für „Single-Molecule-Chemistry“ in Graz.

Das Auto - Grill spricht lieber von einer „molekularen Maschine“ - besteht aus vier Rädern, einem zentralen Chassis und einem molekularen Motor. Das ganze Gebilde ist ein eigens angefertigtes organisches Molekül aus rund 100 Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen. Mit einem Laserimpuls wird die Konfiguration der molekularen Motoren gezielt verändert, wodurch die Maschine aktiviert wird.

„Keine Legosteine“

Atome sind allerdings keine Legosteine: Wer molekulare Maschinen verwenden will, muss die besonderen Gesetze des Nanokosmos berücksichtigen. „Wir sind dabei zu verstehen, was da passiert. Das wirklich Schwierige ist, die willkürliche Bewegung der Teilchen gezielt in eine Richtung zu lenken - und nachzuweisen, dass tatsächlich der Motor die Fahrt antreibt und somit gezielte Arbeit auf der Nano-Skala verrichtet wird“, so der Physiker.

Damit Grill und sein Team die Experimente überhaupt durchführen können, müssen sie die Versuchsanordnung nahezu bis auf den absoluten Nullpunkt von Minus 273 Grad Celsius abkühlen. Darüber würde alleine die thermische Bewegung der Moleküle die Sache zu sehr stören. Weltweit gebe es laut Grill etwa eine Handvoll Forschergruppen, die sich mit ähnlichen Aufgabenstellungen beschäftigen. Das künstlich angetriebene Molekül des amerikanisch-österreichischen Teams wurde - gemeinsam mit den „Fahrzeugen“ von vier weiteren Gruppen aus u.a. Frankreich, Japan und Deutschland auf einer Fachveranstaltung in Frankreich präsentiert.

Das „Molecule-Car-Race International“ findet im Oktober 2016 am Centre d'Elaboration de Materiaux et d'Etudes Structurales (CEMES) in Toulouse statt. Dann soll das Molekül-Auto sich seinen Weg durch einen Parcours vorbei an fünf Hindernissen bahnen. „Wir haben noch ein Jahr intensiver Arbeit vor uns “, so Grill.