Molekylær Lego til nanoelektronik

Evnen til at samle elektroniske byggeklodser bestående af individuelle molekyler er et vigtigt mål inden for nanoteknologi. En tværfaglig forskningsgruppe ved Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) er nu betydeligt tættere på at nå dette mål. Holdet af forskere ledet af prof. Dr. Sabine Maier, Prof. Dr. Milan Kivala og Prof. Dr. Andreas Görling har med succes samlet og testet konduktører og netværk bestående af individuelle, nyudviklede byggestensmolekyler. Disse kan i fremtiden tjene som grundlag for komponenter til optoelektroniske systemer, såsom fleksible fladskærme eller sensorer. FAU-forskerne har offentliggjort deres resultater i tidsskriftet Naturkommunikation .

Litografiske teknikker, hvor de nødvendige strukturer skæres fra eksisterende blokke, anvendes hovedsageligt på nuværende tidspunkt til at fremstille mikro- og nanoelektroniske komponenter. 'Dette er ikke ulig, hvordan en billedhugger skaber et objekt af eksisterende materiale ved at skære det væk, de ikke har brug for. Hvor små vi kan lave disse strukturer er bestemt af kvaliteten af ​​materialet og vores mekaniske færdigheder, ' forklarer prof. Dr. Sabine Maier fra formanden for eksperimentel fysik. "Vi har nu noget som et sæt legoklodser til brug i det nanoelektroniske felt; dette gør os i stand til at fremstille de nødvendige genstande 'bottom-up', med andre ord, vi starter fra bunden og placerer de små enheder oven på hinanden."

Forskerne kan nu bruge disse byggeklodser til at producere de mindste endimensionelle strukturer -ledere - og todimensionelle strukturer -netværk - under præcisionskontrollerede forhold. Strukturerne er karakteriseret ved deres ekstreme regelmæssighed uden strukturelle fejl. Fejlfrie strukturer af denne art er essentielle for at fremstille små nanoelektroniske komponenter med forskellige egenskaber.

Grundlaget for disse syntetiske organiske halvledere - Lego-klodserne som det var - blev syntetiseret på Institut for Organisk Kemi ved FAU. "Vores grundlæggende byggesten er en trekant bestående af 21 carbonatomer med et nitrogenatom i centrum, med enten brint, jod eller brom aflejret i hjørnerne afhængigt af den ønskede struktur' præciserer Prof. Dr. Milan Kivala fra Chair of Organic Chemistry I. FAU-forskerne fastgør de tilsvarende molekyler til en bæreroverflade lavet af guld, og denne opvarmes derefter til 150 - 270°C. Denne proces danner oprindeligt sekskanter eller kæder. Når prøverne når en temperatur på 270°C, de molekylære byggesten dannes kemisk bundet, flade og honeycomb-lignende masker, der ligner strukturen i det nobelprisvindende materiale grafen.

Forskergruppen har allerede formået at fastslå en af ​​de store elektriske egenskaber - det såkaldte 'båndgab'. 'Vi har fastslået, at båndgabet af todimensionelle strukturer er mindre end for endimensionelle arrangementer af de samme molekylære byggesten, ' tilføjer prof. dr. Andreas Görling fra formanden for teoretisk kemi. "Denne indsigt vil hjælpe os i fremtiden med at forudsige egenskaberne af disse strukturer og justere dem til de ønskede værdier for specifikke optoelektroniske applikationer."

Denne forskning har åbnet muligheden for at fremstille stadigt mindre nanoelektroniske komponenter. De nuværende litografiske teknikker, der anvendes i den kommercielle produktion af mikrochips, kan kun skabe strukturer, der er større end 14 nanometer. Lederne genereret i Erlangen er kun lidt bredere end en nanometer og derfor omkring halvtreds tusinde gange tyndere end et menneskehår. Imidlertid, en række yderligere udviklinger er nødvendige, før de kan bruges i teknologiske anvendelser. For eksempel, det er stadig nødvendigt at finde et passende elektrisk ikke-ledende bæremateriale.