Molekulare Elektronik: Strom bringt einzelnes Molekül zum Drehen

Elektrische Bauteile erreichen immer kleinere Abmessungen. Irgendwann stößt die Miniaturisierung allerdings an physikalische Grenzen: Selbst eine hauchdünne Leiterbahn, die Strom zwischen Bauteilen leitet, ist bei Raumtemperatur nicht mehr stabil, wenn sie nur noch wenige Atome breit ist. Moleküle können durch die stärkeren Bindungen zwischen ihren Atomen die nötige Stabilität bieten. Deshalb untersuchen Forschende, wie einzelne Moleküle bestimmte elektrische Funktionen erfüllen können.

Einem Team am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, einen molekularen Elektromotor herzustellen und anzusteuern. Die Forschenden beschreiben in Nature Chemistry einen völlig neuen Antriebsmechanismus: Fließt Strom durch ein spiralförmiges Molekül, versetzen die Elektronen dessen beweglichen Teil durch einen Rückstoß in eine bestimmte Drehrichtung – vergleichbar mit einem Gartenschlauch, der sich bewegt, wenn Wasser hindurchströmt.

Substanzieller Fortschritt

„Der neue Antriebsmechanismus ist ein substanzieller Fortschritt beim Verständnis molekularer Elektromotoren“, erklärt Mitautor Dr. Lukas Gerhard vom Institut für QuantenMaterialien und Technologien des KIT. „Bisherige Ansätze beruhen auf einer energetischen Anregung und der anschließenden Energiedissipation des Moleküls, also der Abgabe von Energie an die Umgebung. Wir hingegen nutzen das Rückstoßprinzip.“ 

Die Forschenden hatten mit einem Rastertunnelmikroskop gezielt Strom durch eigens hergestellte Moleküle geleitet und deren Reaktion untersucht. Der neue Mechanismus könnte einen energiesparenderen Antrieb ermöglichen. Denkbar wären etwa Oberflächenbeschichtungen, die bestimmte chemische Reaktionen antreiben. Bis zu einer möglichen Anwendung sind jedoch weitere Forschungsarbeiten erforderlich.

cka, 28.10.2026