Halbleiter mit Doppelhelix

| |
1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars

Flexibel und doch stabil – das trifft in besonderem Maße auf die Doppelhelix zu. Als Trägerin unseres Erbgutes muss sie das auch sein. Ein neuer Halbleiter mit außergewöhnlichen Eigenschaften hat sich nun für die gleiche Form entschieden.

Die Doppelhelix hat es schon lange Wissenschaftlern auch aus nicht „biologischen“ Kreisen angetan. Kein Wunder, verrichtet sie ihre lebenswichtige Aufgabe seit etwa drei Milliarden Jahren. Die Konstruktion kann also so verkehrt nicht sein. Auf ihr ist das komplette Erbgut des Lebens gespeichert. Und das lässt sich selbst nach 60.000 Jahren aus einem Mammut-Gewebe noch auslesen.

Inzwischen weiss man auch, dass die DNA-Stränge selbst elektrisch leitend sind und somit zumindest theoretisch als Nanodraht in der Elektronik der ferneren Zukunft in Frage kommen. Zu dem Zweck hatte man sie übrigens schon vor Jahren mit Silber beschichtet.

Das Interesse an der DNA-Nanotechnologie speist sich aber bei weitem nicht nur aus den Kleinstabmessungen, der Baustoff des Lebens glänzt mit ganz außergewöhnlichen Selbstorganisationseigenschaften. Künstlich erzeugte Basensequenzen, die selbständig an die spezifischen Gegenstücke „andocken“, lassen damit etwa maßgeschneiderte Strukturen von miniaturisierten Schaltkreisen wie von Zauberhand entstehen. Schon länger fragte man sich allerdings in Fachkreisen, ob die Methode nicht auch mit nichtbiologischen (anorganischen) Komponenten funktionierte?

Anorganische DNA-Nanotechnologie

Wissenschaftler der TU München (TUM) haben nun genau das vorgestellt – einen Halbleiter (SnIP), dessen Elemente Zinn (Sn), Iod (I) und Phosphor (P) selbstorganisiert die Form einer Doppelhelix bilden. Und der ist wie die „verdrehte Lebensleiter“ hoch flexibel und stabil.

Das verspricht eine ganze Reihe von Anwendungen: von der Energiewandlung in Solarzellen oder thermoelektrischen Bauelementen über Photokatalysatoren und Sensoren bis hin zur Optoelektronik. Dotiert mit anderen Elementen sollten sich auch die elektronischen Eigenschaften des neuen Materials auf die jeweiligen Anwendungen anpassen lassen.

SnIP Nadeln DNA-Nanotechnologie
Elektronenmikroskopische Aufnahme von SnIP-Nadeln (9700x, 5 kV). (Bild: Viola Duppel / MPI ).

Aufgrund der Anordnung der Atome, können die bis zu einem Zentimeter langen Fasern leicht in dünnere Stränge aufgeteilt werden. Die bisher dünnsten Fasern bestehen aus nur noch fünf Doppelhelix-Strängen und sind nur wenige Nanometer dick. Damit klopft man an die Tür zur Nanoelektronik.

Eindimensionaler Halbleiter

Ähnlich wie beim Kohlenstoff mit dreidimensionalen Diamanten, zweidimensionalem Graphen und eindimensionalen Nanoröhrchen fungiert SnIP als eindimensionales Halbleitermaterial neben dem dreidimensionalen Silizium und dem zweidimensionalen Phosphoren.

Wie bei allen neuen Materialien ist letztlich das Herstellungsverfahren der Schlüssel zum Erfolg. SnIP lässt sich aktuell nur im Gramm-Maßstab herstellen. Hat allerdings den Vorteil, dass es anders als etwa Galliumarsenid bei vergleichbaren elektronischen Eigenschaften weitaus weniger giftig ist.

Und wie Kohlenstoff-Nanoröhrchen und polymerbasierte Druckfarben können die SnIP-Doppelhelices in Lösungsmitteln wie Toluol aufgelöst werden. So ließen sich kostengünstig dünne Schichten produzieren. Das ist aber noch Zukunftsmusik, wie auch die Entdeckung anderer „Doppelhelix-Materialien“, die auf Grund theoretischer Berechnungen von den Münchner Wissenschaftlern erwartet werden. Man darf gespannt sein.

Knowledgebase
DNA-Nanotechnologie (PDF) – Nanostrukturen und molekulare Maschinen aus DNA.

 

electronicalogo rand rot rechts dünnOb Leistungshalbleiter, Mikroprozessoren, Dioden oder Transistoren – erfahren Sie alles über Halbleiter in den Hallen A3 – A6.

doppelhelix-Bild-TUM