Fe(II)-Spin-Crossover-Bausteine für die molekulare Elektronik
Henrik Flötotto
Die Jahrtausendwende gilt als Beginn der vierten industriellen Revolution, welche auch als Industrie 4.0 bezeichnet wird. Der Begriff Industrie 4.0 wurde erstmals im Rahmen der HANNO-VER MESSE 2011 an die Öffentlichkeit herangetragen. Im Kern beschreibt diese Revolution die intelligente Vernetzung der industriellen Produktion durch Informations- und Kommunikationstechnologie. Die hierfür notwendige Voraussetzung ist die umfassende Digitalisierung von Informationen. Zwischen den Jahren 1986 und 2000 ist der Anteil an digitalen Informationen von 0,8% auf 25% gestiegen und hat im Jahr 2007 einen Anteil von 94% erreicht. Die mit der vierten industriellen Revolution einhergehenden Technologien wie die Blockchain, die fünfte Mobilfunkgeneration (5G) oder das autonome Fahren, werden zusätzliche gigantische Daten-mengen (Big Data) generieren, deren Verarbeitung eine große Kapazität an Rechenleistung nötig macht.
Zeitgleich ist absehbar, dass die silizium-basierte Halbleitertechnik an ihre physikalischen Grenzen stößt, da der quantenmechanische Tunneleffekt eine weitere Miniaturisierung der Chips verhindert. Im Jahre 1965 formulierte Gordon Moore eine Prognose, wonach sich die Anzahl der Transistoren in einem integrierten Schaltkreis bestimmter Größe jedes Jahr verdoppeln wird, was auch als Verdopplung der Leistung interpretiert werden kann. Im Jahre 1975 musste er den Zeitraum auf zwei Jahre korrigieren. Diese Prognose wurde später als „Mooresches Gesetz” berühmt und galt den großen Chipherstellern über 50 Jahre lang als Fahrplan. Unter dem Motto „More than Moore” wird intensiv an Alternativen zur silizium-basierten Halbleitertechnik geforscht. Dabei ist insbesondere die Entwicklung von Transitoren auf molekularer Basis ein vielversprechender Ansatz, um darauf die Entwicklung von z. B. Quantencomputern zu stützen.
Die jüngsten Entwicklungen auf dem Gebiet der molekularen Elektronik und der Spintronik haben es ermöglicht, das Potenzial von Molekülen in Transportversuchen zu untersuchen. Es existiert eine Vielzahl von Ansätzen, um auf der Basis von funktionalen Molekülen Leitungen, Logikgatte, Maschinen und Schalter der silizium-basierten Technologie zu ersetzen. Molekulare Schalter funktionieren nach unterschiedlichen Mechanismen und sind von großem Interesse für die grundlegende Forschung und für zukünftige Technologien. In diesem Zusammenhang ist das Phänomen des Spin-Crossovers, welches bei bestimmten metallorganischen Komplexen beobachtet werden kann, von besonderer Bedeutung. Spin-Crossover-Verbindungen können durch externe Stimulation wie durch Temperatur, Druck, Licht oder elektrische Felder zwischen meist zwei unterschiedlichen elektrischen Zuständen geschaltet werden. Besonders hervorzuheben ist, dass Spin-Crossover-Verbindungen bereits bei Raumtemperatur operieren können und somit sehr gut für praktische Anwendungen geeignet sind. Um aber auf diese Eigenschaften der Moleküle zugreifen zu können, ist es erforderlich, entsprechende Hybrid-Materialien zu synthetisieren. Eines der Hauptprobleme bei der Synthese von hybriden Materialien mit molekularen und anorganischen Verbindungen ist jedoch der Verlust eben jener begehrten Eigenschaften, welche sich oftmals durch das Einbringen von weiteren funktionalen Gruppen verändern und sogar ganz verloren gehen können.
