Molekylær elektroniks fremtidige ansigt

Det nye område inden for molekylær elektronik kunne tage vores definition af bærbar til det næste niveau, muliggør konstruktion af bittesmå kredsløb fra molekylære komponenter. I disse meget effektive enheder, individuelle molekyler ville påtage sig de roller, der i øjeblikket spilles af relativt store ledninger, modstande og transistorer.

Et team af forskere fra fem japanske og taiwanske universiteter har identificeret en potentiel kandidat til brug i småskala elektronik:et molekyle kaldet picene. I et papir udgivet 16. september i Journal of Chemical Physics , fra AIP Publishing, de karakteriserer de strukturelle og elektroniske egenskaber af et tyndt lag picen på en sølvoverflade, demonstrere molekylets potentiale for elektroniske applikationer.

Picenes søstermolekyle, pentacen, er blevet bredt undersøgt på grund af dens høje bærermobilitet - dens evne til hurtigt at transmittere elektroner, en kritisk egenskab for elektronik i nanoskala. Men pentacen, lavet af fem benzenmolekyler forbundet i en linje, nedbrydes under normale miljøforhold.

Indtast picene, hvor de samme fem benzenringe i stedet er bundet sammen i en W-form. Denne enkle strukturelle ændring ændrer nogle af molekylets andre egenskaber:Picene bevarer pentacens høje bærermobilitet, men er mere kemisk stabil og derfor bedre egnet til praktiske anvendelser.

For at teste picenes egenskaber, når den er sidestillet med et metal, som det ville være i en elektronisk enhed, forskerne deponerede et enkelt lag picene-molekyler på et stykke sølv. Derefter, de brugte scanning tunneling mikroskopi, en billedbehandlingsteknik, der kan visualisere overflader på atomniveau, at nøje undersøge grænsefladen mellem picene og sølv.

Selvom tidligere undersøgelser havde vist en stærk interaktion mellem pentacen og metaloverflader, "vi fandt ud af, at den zigzag-formede picene stort set bare sidder på sølvet, " sagde University of Tokyo-forsker Yukio Hasegawa. Interaktioner mellem molekyler kan ændre deres form og derfor deres adfærd, men picenes svage forbindelse til sølvoverfladen efterlod dens egenskaber intakte.

"Den svage interaktion er fordelagtig til molekylære [elektronik] applikationer, fordi modifikationen af ​​egenskaberne af molekylær tynd film ved tilstedeværelsen af ​​[sølvet] er ubetydelig, og derfor [de] oprindelige egenskaber af molekylet kan bevares meget tæt på grænsefladen , " sagde Hasegawa.

Et vellykket kredsløb kræver en stærk forbindelse mellem de elektroniske komponenter - hvis en ledning er flosset, elektroner kan ikke flyde. Ifølge Hasegawa, picenes svage interaktioner med sølvet gør det muligt at aflejre sig direkte på overfladen uden et stabiliserende lag af molekyler mellem, en kvalitet, han sagde, er "essentiel for at opnå kontakt af høj kvalitet med metalelektroder."

Fordi picene viser sin høje bærermobilitet, når den udsættes for ilt, forskerne håber at kunne undersøge dets egenskaber under varierende niveauer af ilteksponering for at belyse en molekylær mekanisme bag adfærden.