Elektronendelokalisation in ein - KOPS - Universität Konstanz

1.1. Theoretische Hintergründe
1
I. Einleitung
1.1. Theoretische Hintergründe
Noch vor 50 Jahren war es undenkbar, dass Elektronik im Alltag eine solch große Rolle
spielen würde wie heute. Hochpräzise Funktionswerkzeuge wie Laserskalpelle finden
bei Augenkorrekturen oder bei Tumorentfernung Anwendung. Selbst im wichtigsten
Fortbewegungsmittel unserer Zeit, dem Auto, steckt weit mehr elektronisches
Know-How als man das auf den ersten Blick vermuten würde. Navigationsgeräte,
Fahrstabilitätskontrollen, variable Stoßdämpferangleichung etc.; all diese Komponenten
basieren auf Chiptechnologie, die in den letzten Jahrzehnten einen rasanten Aufschwung
erlebt hat. Waren in den 60er Jahren die Computer noch groß wie Kommodenschränke,
haben sie inzwischen Hosentaschenformat.
So prognostizierte schon 1965 „Intel“-Mitbegründer Gordon Moore für die zukünftige
Entwicklung der Mikroelektronik eine jährliche Verdopplung der Transistoren pro
Chipeinheit. 1975 wurde das Verdopplungsintervall des „Moore’schen Gesetzes“ auf 18
Monate korrigiert [1-3] . Dieser Trend hält zwar bis heute an, doch stoßen Industrie und
Wissenschaft inzwischen an die physikalischen Grenzen zur Verkleinerung von
Mikrochips. Zum Einen verliert die isolierende Funktion einer Oxidschicht, welche
Leiterbahnen umschließt, unterhalb einer Dicke von 1.2 nm ihre Wirkung. Zum Anderen
stören Tunneleffekte zwischen verschiedenen Gates deren Funktion. [1] Aus diesem
Grund wagen sich seit geraumer Zeit Forscher auf das Gebiet der Nano- und
Quantentechnologie. Erste Schritte, solche Ideen in die Praxis umzusetzen, gelangen
Ratner et al. bereits 1974 mit Hilfe eines rein organischen Moleküls als molekularem
Gleichrichter. [4] Dieser „Bottom-up-Prozess“, also der Aufbau kleiner Moleküle zu
einem interagierenden Ensemble, wurde erstmals als Alternative zum bis dato
vorherrschenden „Top-down-Approach“, der stetigen Verkleinerung von Systemen und
Bausteinen, angesehen. Damit entstand eine neue Teildisziplin der Elektronik: die
molekulare Elektronik. Nach allgemeiner Definition kann jedes System, das aufgrund
seiner molekularen Eigenschaften (wie UV-gesteuerte Schalter oder redox-gesteuerte
Gleichrichter) gezielt adressiert werden und mit der Umwelt kommunizieren kann, als
ein solches Bauelement bezeichnet werden. Hierbei lassen sich die gleichen vier
prinzipiellen Komponenten bilden, welche auch den Hauptbestandteil der