Gennembrud bringer futuristisk elektronik et skridt nærmere

Når forskere drømmer om fremtidens elektronik, de drømmer mere eller mindre om at hælde væske i et bæger, rører dem sammen og dekanterer en computer ud på bordet. Dette forskningsfelt er kendt som selvsamlende molekylær elektronik. Men, at få kemiske stoffer til at samle sig til elektroniske komponenter er lige så kompliceret som det lyder. Nu, en gruppe forskere har offentliggjort deres gennembrud inden for området. Gruppen består af førsteårs nanovidenskabsstuderende fra Københavns Universitet.

Thomas Just Sørensen, lektor ved Københavns Universitet, stod i spidsen for forskningsprojektet. Grupperesultatet er blevet offentliggjort i det internationalt anerkendte tidsskrift ChemNanoMat i en artikel med titlen, "Template-Guided Ionic Self-Assembleed Molecular Materials and Thin Films with Nanoscopic Order". Sørensen mener, at resultatet vil skabe nye gennembrud:

"Dette er et klart skridt fremad mod selvsamlende elektronik. Ved at blande løsninger af de rigtige stoffer, vi byggede automatisk strukturer, der i princippet kunne have været solceller eller transistorer. Hvad er mere, er at de blev bygget på samme måde som naturen bygger sådanne ting som cellemembraner, ”siger Sørensen.

Sørensens medforfattere er hele det første år af Københavns Universitets nanovidenskabsstuderende. Denne imponerende bedrift er resultatet af en omstrukturering af nanovidenskabsprogrammet i 2010, fra et program struktureret efter forskningsbaseret undervisning, til en, der bruger undervisningsbaseret forskning. Til deres første opgave, eleverne blev simpelthen bedt om at designe, udføre og analysere en række eksperimenter. Den nye undervisningstype har siden kørt forskningsresultater hvert år siden. Imidlertid, det var først i 2013, at et resultat var klar til at blive offentliggjort.

"For os som universitet, den store nyhed er naturligvis, at førsteårsstuderende foretog forskningen. Men, vi opnåede også et meget betydningsfuldt resultat inden for molekylær elektronik, ”fastslår Thomas Just Sørensen.

Elektronik produceres normalt på en sådan måde, at man "trækker" komponenter på en siliciumskive og derefter fjerner alle de bits, der ikke er en del af den elektroniske komponent. Dette kaldes "Top-down" produktion. Molekylær elektronik muliggør produktion af transistorer, modstande, LED skærme, solceller og så videre, ved hjælp af kemi-baserede metoder. I princippet, det betyder, at elektronik kan blive mindre, billigere og mere fleksibel, såvel som miljømæssigt bæredygtigt. Men mens man kan tegne et integreret kredsløb på silicium, molekylære komponenter skal selvorganisere sig i de korrekte strukturer. Dette er en stor hindring i udviklingen af ​​metoder, hvor molekyler skal slutte sig til og selvorganisere sig på en sådan måde, at de kan findes igen, ifølge Sørensen.

"Det hjælper ikke at have en bunke transistorer, hvis du ikke ved, hvilken vej de vendes. Disse kan ikke kombineres på en måde for at få dem til at fungere, og man ved ikke, hvilken ende der skal sluttes til elektrisk strøm. "

Hemmeligheden bag gennembruddet er ... Sæbe. De molekylære komponenter, der muliggør selvsamlende elektronik, er svampedræbende midler, der bruges i forskellige desinfektionsmidler, cremer og kosmetik. Disse rensemidler dræber svampe ved at forstyrre strukturerne i deres cellemembraner. Den samme evne kan bruges til at skabe orden blandt molekylære komponenter. Sørensen og hans elever eksperimenterede med at hælde en flod af forskellige sæber, opvaskemiddel og vaskepulver sammen med komponentlignende kemiske stoffer. Blandingerne blev derefter hældt ud på glasplader for at undersøge, om "komponenterne" var organiseret af de forskellige rensemidler. Og nu har de været, siger Sørensen.

"Vores selvmonterende elektronik er lidt som at lægge kagelag, vaniljesaus og frosting i en blender og få det hele til at poppe ud af blenderen som en perfekt formet lagkage, ”siger Thomas Just Sørensen.

På lang sigt, disse nye opdagelser åbner døren for at udvikle kraftfulde og økonomiske solenergianlæg, samt forbedrede skærmteknologier. Når det er sagt, molekylerne, der blev brugt i nanovidenskabsprogrammet, havde ingen elektronisk funktionalitet. "Hvis de gjorde, vi ville have været på forsiden af Videnskab i stedet for i en ChemNanoMat artikel, "siger Just Sørensen. Uanset hvad, han forbliver selvsikker.

"Vi var i stand til at opnå en struktur ved blot at blande de rigtige stoffer. Selv tilfældige stoffer var i stand til at organisere godt og lag, så vi nu har fuldstændig kontrol over, hvor molekylerne er, og i hvilken retning de er orienteret. Det næste trin er at inkorporere funktionalitet i lagene, "siger lektor Sørensen. Han er overbevist om, at det næste parti af udfordringer vil give perfekte opgaver til de mange års nanovidenskabsstudenter, der kommer, og det ligesom deres nuværende jævnaldrende, disse studerende får også mulighed for at udgive, mens de er i deres første studieår.