Enkeltmolekyle grafenomskiftere bringer små elektroniske enheder et skridt nærmere

Forskere har opdaget, hvordan man styrer molekyler, der er knyttet til grafen, baner vejen for små biologiske sensorer og enheder til at opbevare information.

Grafen er et materiale fremstillet af et enkelt ark carbonatomer i et bikagearrangement. På grund af sin unikke elektriske ledningsevne, grafen har potentiale til at være en base for elektroniske enheder, der kun er nanometer (milliarder af en meter) store.

For at indstille ark af grafen til at være nyttig i forskellige situationer, andre organiske molekyler er knyttet til arket, og disse molekyler skal interagere med grafenarket på forudsigelige måder.

For eksempel, hvis molekylernes elektriske ladning kunne kontrolleres, så kunne de bruges som molekylære 'switches'. Afbrydere er vigtige i elektroniske enheder, der gemmer oplysninger, såsom harddiske, hvor sekvensen af ​​'tændt' eller 'slukket' positioner af omskifteren koder for information, på samme måde som 1'erne og 0'erne for digital information.

Forskere har eksperimenteret med enkeltmolekyler på grafenark, men det har været svært at fortolke resultaterne og derfor at designe enheder, der drager fordel af interaktionerne mellem arkene og molekylerne.

Nu, et team ledet af prof. Mike Crommie fra University of California, Berkeley og inklusive forskere fra Imperial College London har opdaget, hvordan man kontrollerer en ejendom - ladningstilstanden - for enkelte organiske molekyler, der er knyttet til grafenplader.

Deres resultater offentliggøres i dag i tidsskriftet Naturkommunikation .

Ultra-lille switch

Teamet placerede et molekyle tetrafluorotetracyanoquinodimethan (F4-TCNQ) på et grafenark og øgede elektronens densitet ved hjælp af et elektrisk felt. Ved hjælp af teknikker kaldet scanning tunneling spectroscopy and atomic force microscopy, de fandt, at grafen donerer nogle af dets elektroner til det organiske F4-TCNQ-molekyle, ændre dens ladetilstand på en forudsigelig måde.

Denne indsigt kan give forskere mulighed for at designe små grafenbaserede elektroniske enheder. Dr. Johannes Lischner, fra Department of Materials at Imperial, hjalp med at udvikle noget af teorien bag systemet. Han sagde:"Et molekyle med en kontrollerbar ladetilstand kan fungere som en ultra-lille switch, som er en grundlæggende byggesten for elektroniske enheder.

"Sådan en switch kan bruges til at gemme oplysninger, på samme måde som flashhukommelse, der bruges i USB -sticks. Alternativt kan i en biologisk sensor kunne du teoretisk bruge omskiftelige molekyler til at hjælpe med at detektere tilstedeværelsen af ​​andre molekyler, såsom kræftceller. "

Teamet udvider nu deres metode til at undersøge par af molekyler og samlinger af et lille antal molekyler på grafenark, samt at se på måder at forankre enkelte molekyler til grafen for at forenkle fremstillingen af ​​nye enheder.