Chemnitzer Forschungsergebnisse als Titelstory gewürdigt
Forschungsteam der TU Chemnitz klärt die Rolle von Aminosäuren bei der Anbindung von biokompatiblen Bismutoxido-Nanoclustern an Gold auf – Experimentelle Ergebnisse wurden in der Zeitschrift „Langmuir“ publiziert und auf dem „Supplementary Cover“ besonders hervorgehoben
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Geglückter Sprung auf das Titelbild: Dargestellt wird die Anbindung von atomar präzisen chiralen Bismutoxido-Nanoclustern an Gold. Die Gold-Oberfläche des Coverbildes wurde mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz erzeugt. Grafik: TU Chemnitz/Langmuir
Elektronen und viele Atomkerne tragen nicht nur eine elektrische Ladung, sondern auch ein magnetisches Moment, den sogenannten „Spin“ oder Eigendrehimpuls. Es wird in der Wissenschaft angenommen, dass die kontrollierte Erzeugung einer vorübergehenden Spin-Ordnung von Elektronen oder magnetischen Kernen, also einer Hyperpolarisation, in molekularen Systemen erhebliche Auswirkungen auf verschiedene Bereiche der Physik und Chemie hat, wie beispielsweise für die Spintronik – also Elektronik, die auch durch Magnetfelder kontrolliert werden kann. Neue Ansätze der hybriden organisch/anorganischen Spintronik verwenden einen Effekt, welcher durch chirale Moleküle hervorgerufen wird, die sogenannte chiral-induzierte Spin-Selektivität (CISS). Bisherige Studien zu diesem Thema konzentrieren sich hauptsächlich auf helikale Moleküle, die aufgrund ihrer inherent chiralen Anordnung zu unterschiedlichen Stromstärken abhängig von der Magnetfeldrichtung führen.
An der Technischen Universität Chemnitz untersuchte ein interdisziplinäres Forschungsteam, bestehend aus der MAIN-Forschungsgruppe Magneto-Optik (Leitung: Prof. Dr. Georgeta Salvan) und den Professuren für Halbleiterphysik (Leitung: Prof. Dr. Dietrich R.T. Zahn), Koordinationschemie (Leitung: Prof. Dr. Michael Mehring) und Analytik an Festkörperoberflächen (Leitung: Prof. Dr. Christoph Tegenkamp), die Anbindung von atomar präzisen chiralen Bismutoxido-Nanoclustern an Gold. Die Studie beleuchtet den Zusammenhang zwischen der chemischen Struktur der nanometergroßen Cluster und ihrer Anbindung an das Goldsubstrat, um im nächsten Schritt die physikalischen Einflussgrößen auf den CISS-Effekt zu bestimmen. Die erfolgreiche chemische Anbindung der Cluster an Oberflächen ist der entscheidende Schritt für einen effektiven Spintransport vom Molekül zum Substrat und konnte erfolgreich mittels spektroskopischer Ellipsometrie und Röntgen-Photoelektronenspektroskopie nachgewiesen werden. Die Ergebnisse wurden im Juli 2024 in der renommierten Fachzeitschrift „ACS Langmuir“ veröffentlicht und auf dem „Supplementary Cover“ besonders hervorgehoben.
Zukünftige Experimente konzentrieren sich neben der direkten Untersuchung der spintronischen Eigenschaften dieser kugelförmigen Moleküle, die an Quantenpunkte erinnern, auch auf die gezielte Polarisation von mit Licht angeregten Elektronen in einer komplexen Anordnung aus Clustern als Lichtabsorber und helikalen Molekülen. Dieser vielversprechende Forschungsansatz ist Teil des SFB-Transregio TRR-386 HYP*MOL – Hyperpolarization in Molecular Systems, der in einzigartiger Weise Forschungsfragen rund um Magnetresonanz, Spintronik und Spin-Chemie miteinander verbindet.
Publikation: Annika Morgenstern, Rico Thomas, Oleksandr Selyshchev, Marcus Weber, Christoph Tegenkamp, Dietrich R. T. Zahn, Michael Mehring*, Georgeta Salvan*. Anchoring Atomically Precise Chiral Bismuth Oxido Nanoclusters on Gold: The Role of Amino Acid Linkers, Langmuir 2024, 40, 31, 16320–16329, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.langmuir.4c01445
Weitere Informationen erteilen Prof. Dr. Georgeta Salvan, MAIN-Forschungsgruppe Magneto-Optik, Telefon +49(0)371 531-33137, E-Mail salvan@physik.tu-chemnitz.de, und Prof. Dr. Michael Mehring, Professur Koordinationschemie, Telefon +49(0)371 531- 21250, E-Mail michael.mehring@chemie.tu-chemnitz.de.
(Autorin & Autor: Annika Morgenstern und Rico Thomas)
Mario Steinebach
20.08.2024
