Løsning af problemet med masseproducerede molekylære forbindelser

Nanogap elektroder, dybest set par af elektroder med en nanometer-størrelse mellem dem, tiltrækker opmærksomhed som stilladser til at studere, følelse, eller udnytte molekyler, de mindste stabile strukturer, der findes i naturen. Indtil nu, dette er blevet realiseret ved hjælp af de almindelige metoder med mekanisk styrede brudforbindelser, scanning tunneling mikroskopi-baserede break junctions, eller elektromigrerede pauseforbindelser. Disse teknikker, imidlertid, er ikke nyttige til applikationer på grund af deres manglende skalerbarhed. Et team fra TU Delft i samarbejde med forskere fra KTH Kungliga Tekniska Högskolan i Sverige har nu udviklet en ny måde at fremstille molekylære forbindelser på.

Forskerne startede med at afsætte en tynd film af skørt titaniumnitrid (TiN) på en siliciumwafer (se figur). Derefter, små guldtråde kunne aflejres oven på det sprøde TiN. Forskerne observerede, at TiN-filmen er under høj resterende trækbelastning på grund af fremstillingsprocessen. Følgelig, når titaniumnitridlaget løsnes fra dets underliggende substrat via en proces kaldet frigivelsesætsning, der dannes små revner for at frigøre stammen - svarende til revner, der nogle gange dannes i glaseringen af ​​keramik.

Denne krakningsproces er nøglen til den nye sammenføjningsfremstillingsmetode. Guldtråde, der løber på tværs af revnerne, strækkes og knækker til sidst. Hullerne i guldtrådene, der således opstår, er så små som et enkelt molekyle. Ud over, dimensionerne af disse junctions kan styres ved at styre stammen i TiN ved hjælp af konventionel mikrofremstillingsteknologi. Desuden, det lykkedes forskerne at forbinde enkelte molekyler til de gabende guldtråde for at måle deres elektriske ledningsevne.

Denne nye teknologi kan bruges til at producere molekylære forbindelser på en skalerbar måde - så millioner af dem kan fremstilles parallelt. Metoden kan også udvides til andre klasser af materialer ved at erstatte guld med et hvilket som helst elektrodemateriale, der udviser interessant elektrisk, kemisk, og plasmoniske egenskaber til anvendelser inden for molekylær elektronik og spintronik, nanoplasmonik, og biosensing.