Wiener Physiker erzeugten hochreines Nano-Gold

Die Erzeugung von Strukturen aus reinem Gold ist eine der großen Herausforderungen in der Nanotechnologie. An der Technischen Universität (TU) Wien ist es nun mit einem recht einfach anmutenden Trick gelungen, dieses Problem zu lösen. Wie die Forscher im Fachjournal "Scientific Reports" berichten, konnten sie die Reinheit von Goldnanostrukturen mit Hilfe von Wasser dramatisch verbessern.

Pures Gold hat seit jeher eine große Bedeutung für die Menschheit - vor allem als Symbol für Reichtum und Überlegenheit. Seine besondere Rolle in der Nanotechnologie verdankt das edle Metall allerdings seinen einzigartigen chemischen und elektronischen Eigenschaften. Dort wird es etwa für die Herstellung elektrischer Kontakte oder als Schnittstelle zwischen Licht und Elektronik genutzt. Die Reinheit des Materials ist dabei von entscheidender Bedeutung.

Lithografische Verfahren

Mit sogenannten lithografischen Verfahren, bei denen die Goldstrukturen auf eine ebene Fläche "gedruckt" werden, ist es bereits seit geraumer Zeit möglich, zweidimensionale Strukturen mit dem erforderlichen Reinheitsgrad zu erzeugen. Die Erzeugung von dreidimensionalen Goldnanostrukturen auf unebenen Flächen stellt dagegen nach wie vor eine große Herausforderung dar.

"Lithografische Methoden beruhen auf einer dünnen Schicht Fotolack, die zunächst gleichmäßig auf die zu beschreibende Fläche aufgetragen werden muss", erklärte Projektleiter Heinz Wanzenböck vom Institut für Festkörperelektronik der TU Wien gegenüber der APA. "So wie bei der Zubereitung einer Palatschinke in der Pfanne kann das aber nur auf einer absolut ebenen Fläche funktionieren."

Für viele technische Anwendungen stellt das jedoch eine inakzeptable Einschränkung dar. Deshalb greift man zu Methoden, bei denen Oberflächen, ähnlich wie in einem Tintenstrahldrucker, direkt beschrieben werden können. Im konkreten Fall nutzten die Forscher den feinen Elektronenstrahl eines herkömmlichen Elektronenmikroskops in Kombination mit einer gasförmigen, organischen Goldverbindung, um die gewünschten Strukturen zu erzeugen. Dabei zerlegt der Strahl die Moleküle nahe an der Oberfläche und scheidet das beinhaltete Gold punktgenau ab.

Auch diese Methode ist nicht neu. Das Problem war jedoch bisher, dass neben dem Gold auch Reste der organischen Verbindung, hauptsächlich Kohlenstoff, mit abgeschieden wurden, was zu starken Verunreinigungen führte. "Hier hatten wir die Idee, Wasser bzw. Wasserdampf ins Spiel zu bringen", erklärte der Erstautor der aktuellen Studie, Mostafa Moonir Shawrav, ebenfalls vom Institut für Festkörperelektronik der TU Wien. Auch wenn den Forschern zufolge der genaue Ablauf noch nicht vollständig geklärt ist, dürfte das Wasser zum einen die Oberfläche vor den organischen Verunreinigungen schützen und zum anderen über Oxidation noch während des Schreibens den unerwünschten Kohlenstoff entfernen.

Das richtige Verhältnis

"Es galt für den Prozess etwa 30 bis 40 verschiedene Parameter aufeinander abzustimmen. Die größte Herausforderung war es aber letztendlich, das richtige Verhältnis aus organischer Goldverbindung und Wasserdampf zu finden", so Shawrav weiter. Schließlich gelang es den Forschern mit ihrer neuen Methode, Nanostrukturen aus nahezu reinem Gold zu erzeugen. Dadurch konnten sie die Leitfähigkeit der Strukturen, verglichen mit herkömmlichen Methoden, etwa um das 250.000-fache steigern.

Die Publikation online: http://dx.doi.org/10.1038/srep34003