Mit atomaren Sensoren Moleküle erkennen

Mit der Rastertunnelmikroskopie (Scanning Tunneling Microscopy, STM) wurde es erstmals möglich, atomare Strukturen an Oberflächen sichtbar zu machen. Die mikroskopische Abbildung der inneren Struktur von Molekülen ist aber trotz intensiver Forschung bis heute eine Herausforderung.

Mit Rastertunnelmikroskopie lässt sich zwar die Anordnung von Molekülen auf Oberflächen sehr gut untersuchen, jedes Molekül erscheint dabei als ein mehr oder weniger unstrukturierter Fleck (Abbildung 1, linke Spalte). Die innere Struktur der Moleküle wird aber in der Regel nicht sichtbar, da die Abbildung durch das Rastertunnelmikroskop auf Valenzorbitalen beruht, die über das gesamte Molekül delokalisiert sind und daher nur unzureichende Informationen über dessen kurzskalige Struktur enthalten. Abhilfe schafft hier im Prinzip das Rasterkraftmikroskop (Atomic Force Microscope, AFM). Es misst die Kräfte zwischen der abtastenden Spitze und dem Untersuchungsobjekt Molekül, und in der räumlichen Verteilung der Kräfte ist die (geometrische) Molekülstruktur kodiert.

Die experimentelle Schwierigkeit bei der submolekular aufgelösten Rasterkraftmikroskopie besteht darin, die atomaren Kräfte vom H

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