Bygning af molekylære ledninger, et atom ad gangen

Elektroniske enheder bliver mindre og mindre. Tidlige computere fyldte hele rum. I dag kan du holde en i din hule hånd. Nu tager området for molekylær elektronik miniaturisering til næste niveau. Forskere skaber elektroniske komponenter så små, at de ikke kan ses med det blotte øje.

Molekylær elektronik er en gren af ​​nanoteknologi, der bruger enkelte molekyler, eller samlinger af molekyler i nanoskala, som elektroniske komponenter. Formålet er at skabe miniature computerenheder, udskiftning af bulkmaterialer med molekylære blokke.

For eksempel, metalatomer kan laves til 'molekylære ledninger' på nanoskala. Også kendt som Extended Metal Atom Chains (EMAC'er), molekylære ledninger er endimensionelle kæder af enkelte metalatomer forbundet med et organisk molekyle, kaldet en ligand, der fungerer som en støtte. Molekylær wire-type forbindelser har en bred vifte af potentielle anvendelser, fra LED-lys til katalysatorer.

Forskere ved Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) har fundet en enkel måde at skabe kobbermolekylære ledninger af forskellig længde ved at tilføje eller fjerne kobberatomer én efter én. "Dette er det første eksempel på en molekylær kobbertråd, der dannes i en trinvis, atom-for-atom proces, " siger Julia Khusnutdinova, leder af OIST Coordination Chemistry and Catalyse Unit. "Vores metode kan sammenlignes med Lego-konstruktion, hvor man tilføjer en klods ad gangen, " hun siger.

Molekylære ledninger kan variere i længde, med forskellige længder med forskellige molekylære egenskaber og praktiske anvendelser. På nuværende tidspunkt den længste EMAC rapporteret i litteraturen er baseret på nikkel, og den indeholder 11 metalatomer i en enkelt lineær kæde.

At skabe molekylære ledninger af forskellig længde er vanskeligt, fordi det kræver en specifik ligand, der skal syntetiseres hver gang. Liganden, som kan ses som en 'isolator' i analogi med makroverdenen, hjælper ledningerne med at dannes ved at bringe metalatomerne sammen og justere dem i en lineær streng. Imidlertid, at skabe ligander af forskellig længde kan være en kompliceret og kompliceret proces.

OIST-forskerne har fundet en ny måde at overvinde dette problem på. "Vi har skabt en enkelt dynamisk ligand, der kan bruges til at syntetisere flere kædelængder, " siger Dr. Orestes Rivada-Wheellaghan, avisens første forfatter. "Dette er meget mere effektivt end at lave en ny ligand hver gang, " han siger.

I deres papir, udgivet i Angewandte Chemie International Edition , forskerne beskriver deres nye trinvise metode til at skabe kobbermolekylære ledninger. "Liganden åbner sig fra den ene ende for at lade et metalatom komme ind og, når kæden strækker sig, liganden gennemgår en glidende bevægelse langs kæden for at rumme flere metalatomer, " siger prof. Khusnutdinova. "Dette kan sammenlignes med en molekylær harmonika, der kan forlænges og forkortes, " siger Rivada-Wheelaghan. Ved at tilføje eller fjerne kobberatomer et ad gangen på denne måde, forskerne kan konstruere molekylære ledninger af forskellig længde, varierende fra 1 til 4 kobberatomer.

Denne dynamiske ligand tilbyder en ny måde for kemikere at syntetisere molekyler med specifikke former og egenskaber, skabe potentiale for mange praktiske anvendelser inden for mikroelektronik og videre.

"Det næste skridt er at udvikle dynamiske ligander, der kan bruges til at skabe molekylære ledninger lavet af andre metaller, eller en kombination af forskellige metaller, " siger Dr. Rivada-Wheelaghan. "F.eks. ved selektivt at indsætte kobberatomer ved enden af ​​kæden, og ved at bruge en anden type metal i midten af ​​kæden, vi kunne skabe nye forbindelser med interessante elektroniske egenskaber, " siger prof. Khusnutdinova.