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Tong Li ist Expertin für Atomsondentomografie.

Werkstoffforschung

Programmierbare synthetische Materialien

In der DNA ist die Information in der Abfolge chemischer Bausteine gespeichert, in Computern bestehen Information aus Sequenzen von Nullen und Einsen. Dieses Konzept wollen Forscher auf künstliche Moleküle übertragen.

Künstliche Moleküle könnten eines Tages die Informationseinheit einer neuen Art von Computern bilden oder die Basis für programmierbare Substanzen sein. Die Information wäre in der räumlichen Anordnung der einzelnen Atome codiert – ähnlich wie die Abfolge der Basenpaare den Informationsgehalt der DNA bestimmt oder Sequenzen von Nullen und Einsen das Gedächtnis der Computer bilden.

Einen Schritt hin zu dieser Vision haben Forscherinnen und Forscher der RUB und University of California in Berkeley gemacht. Sie zeigten, dass man mithilfe der Atomsondentomografie eine komplexe räumliche Anordnung von zufällig verteilten Metallatomen bestimmen kann – und somit potenziell die Information, die in einer Atomanordnung codiert wäre, wieder auslesen könnte.

In der internationalen Top-Zeitschrift „Science“, online veröffentlicht am 7. August 2020, beschreibt Prof. Dr. Tong Li, Leiterin der Forschungsgruppe Atomic-scale Characterisation am Institut für Werkstoffe der RUB, zusammen mit Dr. Zhe Ji und Prof. Dr. Omar Yaghi aus Berkeley die Methode.

Die synthetische Welt könnte ein ganz neues Level der Präzision und Raffinesse erreichen, die bislang der Biologie vorbehalten waren.

„Langfristig können solche Strukturen mit einprogrammierten Atomsequenzen unsere Denkweise in Bezug auf die Materialsynthese komplett verändern“, so die Autoren. „Die synthetische Welt könnte ein ganz neues Level der Präzision und Raffinesse erreichen, das bislang der Biologie vorbehalten war.“

Metallsequenzen in sogenannten Metal-Organic-Frameworks, kurz MOFs, können die Form von kurzen oder langen Wiederholungen annehmen, je nachdem wie viele Metallatome desselben Elements nebeneinander positioniert sind (short and long duplicates). Auch zufällige Anordnungen (random) oder Einschübe (insertions) sind möglich. Bei Einschüben ist ein Metallatom in die Wiederholung eines anderen Metalltyps eingebaut. Der Zahlencode unter den Metallsequenzen veranschaulicht, was es bedeuten würde, wenn man die Metallsequenzen in eine Art Computercode übersetzen würde. Computer arbeiten nur mit Nullen und Einsen. Mit Metallanordnungen wären weitere Variationen möglich.

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