Neuartiger Stromleiter revolutioniert Elektronik

Mit einem neuartigen Material, das formbar ist wie Kunststoff und leitfähig wie Metall, wollen Forscher der University of Chicago die Welt der Elektronik aufmischen. Die darin befindlichen molekularen Fragmente sind keineswegs wohlgeordnet, sondern völlig chaotisch verteilt. Das verstösst zwar gegen alle Regeln, die als Voraussetzung für Leitfähigkeit bekannt sind, aber es funktioniert. «Es ist eine ganz neue Klasse von Materialien», sagt Materialforscher John Anderson.

Grundsätzlich haben organische und traditionelle metallische Leiter eine gemeinsame Eigenschaft. Sie bestehen aus geraden, dicht gepackten Reihen von Atomen oder Molekülen. Das bedeutet, dass Elektronen leicht durch das Material flutschen können. Andersons Doktorand Jiaze Xie wollte nicht glauben, dass diese Eigenschaft unumstössliche Voraussetzung für elektrische Leitfähigkeit ist. Er begann, mit Materialien zu experimentieren, die vor Jahren entdeckt, aber weitgehend ignoriert wurden. Er bildete aus Nickel-, Kohlenstoff- und Schwefelatomen Doppelreihen und ordnete diese in einer Art Matrix an.

Zu seinem Erstaunen leitete das Material Strom äusserst effektiv. Ausserdem erwies es sich als sehr stabil, anders als organische Leiter, die bei widrigen äusseren Umständen ihre Leitfähigkeit einbüssen können. «Wir erhitzten das neue Material, kühlten es wieder ab, setzten es Luft und Feuchtigkeit aus und tropften sogar Säuren und Laugen darauf, und nichts passierte», verdeutlicht Xie. Dies sei enorm hilfreich für ein Gerät, das in der realen Welt funktionieren muss.

Für die Wissenschaftler war das Auffälligste jedoch, dass die molekulare Struktur des Materials ungeordnet ausfiel. «Aus fundamentaler Sicht sollte das kein Metall sein können. Es gibt keine solide Theorie, um zu erklären, dass es dennoch funktioniert», so Anderson. Die Entdeckung ermögliche ein grundlegend neues Konstruktionsprinzip für die Elektronik. Um das Material zu formen, genüge eine mässige Erwärmung, während metallische Leiter bei hohen Temperaturen verflüssigt werden müssten, um ihnen eine neue Form zu geben. Details sind in «Nature» publiziert worden.