Molekylære halvledere kunne være fremtiden for elektronik, og denne nye teknik tilbyder en måde at masseproducere dem på

Visioner for, hvad vi kan gøre med fremtidens elektronik, afhænger af at finde måder at gå ud over siliciumledernes muligheder. Det eksperimentelle felt af molekylær elektronik menes at repræsentere en vej frem, og nyligt arbejde på KTH kan muliggøre skalerbar produktion af de nanoskala-elektroder, der er nødvendige for at udforske molekyler og udnytte deres adfærd som potentielt værdifulde elektroniske materialer.

Et hold fra Institut for Mikro- og Nanosystemer på KTH testede for nylig en teknik til at danne millioner af levedygtige molekylære forbindelser i nanoskala – ekstremt små elektroderpar med et mellemrum på nanometerstørrelse mellem dem, hvor molekyler kan fanges og sonderes. Resultaterne blev offentliggjort i Naturkommunikation .

KTH-forskerne rapporterede, at med en 100 mm diameter wafer af tynde materialer, de kan producere så mange som 20 millioner sådanne elektroder på fem timers tid, ved hjælp af guldfilm oven på et sprødt materiale, der danner revner. Ud over, arbejder med van der Zant Lab ved TU Delft, holdet fangede og studerede et meget brugt referencemolekyle i det nanometer brede mellemrum mellem elektroderne for at sikre, at fremstillingsmetoden ikke hindrede dannelsen af ​​molekylære forbindelser.

Shyamprasad Natarajan Raja, en af ​​medforfatterne, siger, at denne "crack-definerede break junction"-metode tilbyder et gennembrud til dødvandet af skalerbar produktion af strukturer, der en dag kunne muliggøre elektroniske enheder lavet af enkelte molekyler.

Nøglen er at skabe huller, der muliggør et fænomen kaldet tunneling, hvor elektroner overvinder bruddet i et kredsløb. Et break junction har et mellemrum på størrelse med nogle få atomer, som bryder strømmen af ​​elektroner igennem den. Imidlertid, fordi afstanden er så lille, elektroner med tilstrækkelig energi kan stadig hoppe over denne flade. Tunnelelektroner opretholder en lille, men målbar strøm, der er ekstremt følsom over for størrelsen af ​​mellemrummet - og tilstedeværelsen af ​​nanoobjekter inde i den.

"Break junctions er den bedste tilgængelige måde at gøre enkelte molekyler til en del af et større elektronisk kredsløb, der kan sondere molekyler, " siger Raja. De kunne også en dag aktivere ultrafølsomme højhastighedsdetektorer ved hjælp af kvantetunneling, han siger.
Imidlertid, tunneling break junctions produceres et mellemrum ad gangen, som har været en stor blokering i udviklingen af ​​enhver applikation, der involverer tunnelkryds uden for et forskningslaboratorium, " siger Raja.

Metoden begynder med at bruge fotolitografi til at mønstre en stak guld på titaniumnitrid (TiN). Denne stak er sat på en siliciumwafer, og de indhakkede strukturer, der dannes, koncentrerer derefter stress. Så, når siliciumet direkte under stakken fjernes (en proces kaldet frigivelsesætsning), der dannes små revner på de forudbestemte steder i TiN for at frigøre spændingen. Dette deformerer igen guldet, strækker det ind i atomisk tynde ledninger, der løber hen over disse revner, som ved brud danner huller så små som et molekyle.

Raja siger, at metoden kan bruges til andre ledende materialer, udover guld, som tilbyder interessant elektrisk, kemiske og plasmoniske egenskaber til anvendelser inden for molekylær elektronik og spintronik, nanoplasmonik og biosensing.