Hvor små kan de blive? Polymerer kan være nøglen til enkeltmolekyle elektroniske enheder

Forskere ved Tokyo Institute of Technology og University of Tsukuba demonstrerer, at polymerer kan spille en nøglerolle i fremstillingen af ​​enkeltmolekyle elektroniske enheder, giver os mulighed for at skubbe grænserne for den nanoelektroniske revolution.

Et af de mest markante aspekter ved de elektroniske enheder, vi har i dag, er deres størrelse og størrelsen af ​​deres komponenter. At skubbe grænserne for, hvor lille en elektronisk komponent kan laves, er et af hovedemnerne for forskning inden for elektronik rundt om i verden, og af gode grunde. For eksempel, den nøjagtige manipulation af utroligt små strømme ved hjælp af nanoelektronik kunne tillade os ikke kun at forbedre de nuværende begrænsninger for elektronik, men også give dem nye funktioner.

Så, hvor langt ned går kaninhullet inden for miniaturisering? Et forskerhold ledet af Tomoaki Nishino, Lektor ved School of Science ved Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) undersøger dybden af ​​dette; med andre ord, de arbejder på enkeltmolekylære enheder. "Den ultimative miniaturisering forventes at blive realiseret ved molekylær elektronik, hvor et enkelt molekyle bruges som et funktionelt element, "forklarer Nishino.

Imidlertid, som man kunne forvente, at skabe elektroniske komponenter fra et enkelt molekyle er ingen let opgave. Funktionelle anordninger bestående af et enkelt molekyle er svære at fremstille. Desuden, de kryds (punkter med "elektrisk kontakt"), der involverer dem, har korte levetider, hvilket gør deres anvendelse vanskelig. Baseret på tidligere værker, forskergruppen udledte, at en lang kæde af monomerer (enkeltmolekyler) til dannelse af polymerer ville give bedre resultater end mindre molekyler. For at demonstrere denne idé, de anvendte en teknik kaldet scanning tunneling microscopy (STM), hvor en metallisk spids, der ender i et enkelt atom, bruges til at måle ekstremt små strømme og deres udsving, der opstår, når spidsen skaber et kryds med et atom eller atomer ved måloverfladen. Gennem STM, holdet oprettede kryds, der består af spidsen og enten en polymer kaldet poly (vinylpyridin) eller dens monomermodstykke, kaldet 4, 4'-trimethylendipyridin, som kan betragtes som en af ​​komponenterne i polymeren. Ved at måle de ledende egenskaber ved disse kryds, forskerne forsøgte at bevise, at polymerer kunne være nyttige til fremstilling af enkeltmolekyle-enheder.

Imidlertid, at udføre deres analyser, holdet skulle først udtænke en algoritme, der tillod dem at udtrække mængder, der var interessante for dem, fra de aktuelle signaler målt af STM. Kort sagt, deres algoritme gav dem mulighed for automatisk at opdage og tælle små plateauer i det aktuelle signal målt over tid fra spidsen og måloverfladen; plateauerne indikerede, at der blev skabt et stabilt ledende kryds mellem spidsen og et enkelt molekyle på overfladen.

Ved hjælp af denne tilgang, forskergruppen analyserede de opnåede resultater for de kryds, der blev skabt med polymeren og dens monomer -modstykke. De fandt ud af, at polymeren gav meget bedre egenskaber som en elektronisk komponent end monomeren. "Sandsynligheden for krydsdannelse, en af ​​de vigtigste egenskaber til fremtidige praktiske anvendelser, var meget højere for polymerforbindelsen, "fastslår Nishino. Desuden levetiden for disse kryds viste sig at være højere, og strømmen, der strømmer gennem polymerforbindelserne, var mere stabil og forudsigelig (med mindre afvigelse) end for de monomere kryds.

Resultaterne af forskergruppen afslører potentialet i polymerer som byggesten til elektronikminiatyrisering i fremtiden. Er de nøglen til at skubbe grænserne for de opnåelige fysiske grænser? Forhåbentlig, tiden vil snart vise.