Ferroelektriske selvsamlede molekylære materialer

Professor Martijn Kemerink fra Linköping Universitet har arbejdet sammen med kolleger i Spanien og Holland for at udvikle det første materiale med konduktivitetsegenskaber, der kan tændes og slukkes ved hjælp af ferroelektrisk polarisering.

Fænomenet kan bruges til små og fleksible digitale minder om fremtiden, og til helt nye typer solceller.

I en artikel offentliggjort i det prestigefyldte videnskabelige tidsskrift Videnskabens fremskridt , forskergruppen viser fænomenet i aktion i tre specialbyggede molekyler, og foreslår en model for, hvordan det fungerer.

"Jeg havde oprindeligt ideen for mange år siden, og så mødte jeg lige tilfældigvis professor David González-Rodríguez, fra Universidad Autónoma de Madrid, som havde konstrueret et molekyle af præcis den type, vi ledte efter, " siger Martijn Kemerink.

De organiske molekyler, som forskerne har bygget, leder elektricitet og indeholder dipoler. En dipol har en ende med en positiv ladning og en med en negativ ladning, og ændrer dens orientering (switches) afhængigt af den spænding, der påføres den. I en tynd film af de nyudviklede molekyler, alle dipolerne kan fås til at skifte på nøjagtig samme tid, hvilket betyder, at filmen ændrer sin polarisering. Ejendommen er kendt som ferroelektricitet. I dette tilfælde, det fører også til en ændring i ledningsevnen, fra lav til høj eller omvendt. Når et elektrisk felt med den modsatte polaritet påføres, dipolerne skifter igen retning. Polariseringen ændrer sig, ligesom evnen til at lede strøm.

Molekylerne designet efter modellen udviklet af LiU-forskerne har en tendens til spontant at placere sig oven på hinanden for at danne en stak eller en supramolekylær ledning, med en diameter på blot nogle få nanometer. Disse ledninger kan efterfølgende placeres i en matrix, hvor hvert kryds udgør en bit information. Dette vil gøre det muligt i fremtiden at konstruere ekstremt små digitale hukommelser med meget høj informationstæthed. Syntesen af ​​de nye molekyler er, imidlertid, stadig for kompliceret til praktisk brug.

”Vi har udviklet en model for, hvordan fænomenet principielt opstår, og vi har vist eksperimentelt, at det virker for tre forskellige molekyler. Vi skal nu fortsætte arbejdet med at bygge molekyler, der kan bruges i praktiske applikationer, " siger professor Martijn Kemerink, fra Complex Materials and Devices ved Linköpings Universitet, og hovedforfatter til artiklen.