Werden nadelförmige Mikrokristalle mit Laserpulsen bestrahlt, dann öffnen und schließen sich wie von Geisterhand mikroskopisch kleine Spalten. Das beobachtete ein US-amerikanisches Forscherteam mit Hilfe von "ultraschneller Elektronenmikroskopie". Derartig schaltbare Nanokanäle könnten zukünftig in der Nanoelektronik und für nanoskopische "Maschinen" eine Rolle spielen.
Ahmed H. Zewail und sein Team vom California Institute of Technology in Pasadena, USA, entdeckten, dass nadelförmige Mikrokristalle aus Kupfer und der organischen Verbindung TCNQ, ein kristalliner quasi-eindimensionaler Halbleiter, spezielle optomechanische Phänomene zeigen, die für nanoelektronische Anwendungen interessant sein könnten: Unter der Bestrahlung mit Laserpulsen werden diese Nadeln unter dem Mikroskop länger, aber nicht breiter. Dadurch eröffnen sich in den Kristallen winzige Spalten. Wird die Bestrahlung abgeschaltet, ziehen sich die Nadeln wieder zusammen und die Zwischenräume schließen sich wieder. Dies berichtete die Zeitschrift "Angewandte Chemie".
Das Forscherteam beobachtete den Effekt mit Hilfe seiner jüngsten Entwicklung, der "ultraschnellen Elektronenmikroskopie". Es kombiniert ein Femtosekunden-optisches System mit einem hochauflösenden Elektronenmikroskop. Ergebnis ist ein neues Instrument mit extrem hoher sowohl räumlicher als auch zeitlicher Auflösung. 1999 erhielt Ahmed H. Zewail den Chemie-Nobelpreis die Entwicklung ultraschneller Laser-Techniken, mit denen die Bewegung einzelner Atome in einem Molekül während einer chemischen Reaktion beobachtet werden können.
Besonders gut sichtbar wird die Veränderung der Mikrokristalle, wenn eine der Nadeln durch die Erschütterung eines kurzen starken Laserpulses gebrochen wird: An der Bruchstelle entsteht ein kleiner Spalt von einigen zehn bis hundert Nanometern. Dehnt sich der Kristall unter Bestrahlung aus, dann schließt sich nanoskopische Kanal. Zieht sich der Kristall wieder zusammen, dann ist der Kanal wieder da.
Der Effekt lässt sich durch den Aufbau der Kristalle erklären: Die negativ geladenen TCNQ-Ionen sind darin so positioniert, dass ihre zentralen flachen Sechsringe aufeinander gestapelt sind und in Richtung der Längsausdehnung der Nadel zeigen. Die von den Laserpulsen angelegte Energie regt Elektronen an und ein Teil wird zurück übertragen. So entstehen ungeladene TCNQ-Moleküle, deren Stapel-Anordnung jetzt aber ungünstig ist. Deshalb beanspruchen sie mehr Platz und die Kristallnadel dehnt sich abhängig von der Stärke der absorbierten Energie in die Länge.
