Per produrre in futuro minuscole memorie o sensori elettronici, è essenziale poter disporre i singoli atomi di metallo su uno strato isolante. Gli scienziati della Facoltà di Chimica dell'Università di Bielefeld hanno ora dimostrato che ciò è possibile a temperatura ambiente:le molecole del composto metallico acetato di molibdeno formano una struttura ordinata sulla calcite isolante senza saltare in altre posizioni o ruotare. I loro risultati sono stati presentati nel Comunicazioni sulla natura rivista. Il lavoro è stato svolto in collaborazione con ricercatori delle università di Kaiserslautern, Lincoln (Regno Unito) e Magonza.

"Fino ad ora, è stato difficile disporre atomi di metallo su una superficie isolante. È più facile su una superficie metallica, ma questo non è di grande beneficio per l'uso in componenti elettronici, " afferma la professoressa Dott.ssa Angelika Kühnle, che dirige il gruppo di lavoro di Chimica Fisica I presso la Facoltà di Chimica. "Questo è ciò che rende speciale il nostro studio:abbiamo trovato un modo per disporre gli atomi di metallo sugli isolanti in una struttura reticolare". Gli isolanti sono materiali in cui gli elettroni non possono muoversi liberamente e sono quindi pessimi conduttori di elettricità.

La difficoltà sta nell'ancorare saldamente gli atomi di metallo anche a temperatura ambiente, senza che si attraggano l'un l'altro, saltando in altre posizioni o ruotando. Fino ad ora, gli scienziati sono stati in grado di disporre piccole molecole su isolanti a temperature molto basse, ma a temperatura ambiente erano troppo mobili. Molecole più grandi hanno risolto il problema della mobilità, ma si formano rapidamente grappoli.

Per la loro ricerca, Kühnle e il suo gruppo di lavoro hanno utilizzato acetato di molibdeno, un composto che contiene due atomi ciascuno del metallo molibdeno. Il fatto che questo composto mostri interessanti proprietà strutturali su una superficie d'oro era stato scoperto in precedenza da un gruppo di ricerca dell'Università tecnica di Kaiserslautern. "Se ora si applica acetato di molibdeno su una superficie di calcite, le molecole formano una struttura ordinata. Ciò significa che anche gli atomi di molibdeno sono disposti in una matrice ordinata, " dice il dottor Simon Aeschlimann, che ha condotto ricerche nel gruppo di Kühnle ed è l'autore principale dello studio pubblicato. "Per mezzo di vari esperimenti e simulazioni, siamo stati in grado di dimostrare che le molecole di acetato di molibdeno non saltano né ruotano, né formano grappoli. Sono saldamente ancorati alla superficie della calcite."

Gli scienziati hanno condotto gli esperimenti con l'ausilio di un microscopio a forza atomica. "Nella microscopia a forza atomica, un minuscolo ago scansiona la superficie dei materiali, come un giradischi, tranne che l'ago non tocca direttamente la superficie, ma viene deviato dalle forze atomiche. Questo crea quindi un'immagine della struttura della superficie, " dice Aeschlimann. Gli scienziati hanno esaminato, Per esempio, dove si trovano le molecole di acetato di molibdeno sulla superficie della calcite e in quale direzione si allineano.

La struttura ordinata viene creata perché le molecole di acetato di molibdeno si allineano precisamente con la distribuzione di carica sulla superficie della calcite. La calcite è costituita da blocchi di calcio e carbonato che formano una struttura reticolare regolare. "Ogni molecola di acetato di molibdeno si inserisce solo in un punto molto specifico sulla superficie della calcite e allo stesso tempo non interagisce con le molecole di acetato di molibdeno vicine. Ciò significa che è saldamente ancorata, "dice Kuhnle.

Come scienziato impegnato nella ricerca pura, Kühnle è interessato alla questione di come si formano le strutture molecolari su superfici o interfacce. Ma i risultati sono rilevanti anche per le applicazioni elettroniche:se, Per esempio, i metalli magnetici possono essere disposti secondo lo stesso principio, questo potrebbe essere utilizzato nella nanotecnologia per produrre archiviazione di dati, ad es. ricordi che misurano solo pochi milionesimi di millimetro. Altre possibili aree di applicazione includono sensori ottici o chimici.