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Im Rahmen der diesjährigen Jahrestagung der Schweizerischen Physikalischen Gesellschaft (SPG) in Zürich ist Fabian Mohn vom IBM Forschungslabor in Rüschlikon mit dem SPG-Preis für hervorragende Leistungen auf dem Gebiet der kondensierten Materie ausgezeichnet worden.
Gemeinsam mit seinen IBM Forschungskollegen ist es Fabian Mohn den Angaben gemäss gelungen, erstmals mithilfe der Rastersondenmikroskopie bei tiefen Temperaturen und im Ultrahochvakuum, die Ladungsverteilung innerhalb eines einzelnen Moleküls – im vorliegenden Fall Naphthalocyanin – direkt abzubilden. Damit wurde eine bedeutende Erweiterung der wissenschaftlichen und technologischen Fähigkeiten von Rastersondenmikroskopen erzielt, die neue Einblicke in das Verhalten von Molekülen ermöglicht. So können weitere fundamentale Erkenntnisse etwa über das Schalten einzelner Moleküle sowie deren Bindungsverhalten gewonnen werden. Damit eröffne diese Arbeit, so die Laudatio der SPG, einen Weg, um die Verteilung und Übertragung von Ladung innerhalb von Molekülkomplexen zu untersuchen. Dies ist von grosser Bedeutung für die Erforschung von neuartigen Schaltelementen auf der Nanoskala und funktionalen molekularen Strukturen, zum Beispiel für Anwendungen in der Computertechnologie, der Solartechnik oder der Energiespeicherung.
Mohn nutzte für seine Forschungsarbeit eine als Kelvin-Rasterkraftmikroskopie (KPFM) bezeichnete Methode. Wird die Spitze des Rasterkraftmikroskops sehr nahe über eine leitende Probe gebracht, so entsteht ein elektrisches Feld aufgrund der unterschiedlichen elektrischen Potenziale von Spitze und Probe. Durch Anlegen einer Spannung an die Spitze, die exakt dieses elektrische Feld kompensiert, kann die Potenzialdifferenz gemessen und dadurch die Ladungsverteilung bestimmt werden.
Fabian Mohn und seinen Kollegen gelang es nun, die Potenzialdifferenz für tausende einzelner Messpunkte über einem Molekül zu bestimmen und dadurch erstmals ein präzises Bild der Ladungsverteilung innerhalb des Moleküls zu erhalten. Um die erstmalige submolekulare Auflösung der Ladungsverteilung zu erreichen, waren eine sehr hohe thermische und mechanische Stabilität sowie atomare Präzision über den gesamten Zeitraum des Experiments von mehreren Tagen notwendig.
Mohn studierte Physik an der Universität Konstanz. Seit 2009 ist er in der Gruppe von Gerhard Meyer als Doktorand am IBM Forschungslabor tätig. Seine Dissertation über Untersuchungen einzelner Atome und Moleküle mit Rastersondenmikroskopie schreibt er unter Anleitung von Prof. Jascha Repp von der Universität Regensburg.
Die Schweizerische Physikalische Gesellschaft zeichnet jedes Jahr junge PhysikerInnen für hervorragende Forschungsarbeiten auf den Gebieten der allgemeinen und der angewandten Physik sowie der Physik der kondensierten Materie aus. Die Preise sind mit je 5’000 Schweizer Franken dotiert.
Die wissenschaftliche Arbeit „Imaging the charge distribution within a single molecule“ von F. Mohn, L. Gross, N. Moll und G. Meyer erschien online in Nature Nanotechnology, DOI 10.1038/NNANO.2012.20 (26. 2012).