I semiconduttori organici sono candidati molto promettenti come materiali di partenza per la produzione di componenti elettronici flessibili e di grandi dimensioni come transistor, diodi e sensori su una scala che va dal micro al nano. Una condizione per il successo nel raggiungimento di questo obiettivo è la capacità di unire componenti tra loro con collegamenti elettricamente conduttori - in altre parole, per creare un circuito elettronico. Scienziati europei hanno sviluppato un nuovo metodo che consente loro di creare semplici reti di nanofili organici.

Quando il fisico spagnolo Angel Barranco tornò a Valencia dopo tre anni di ricerca all'Empa, ha avviato il progetto UE PHODYE con, tra gli altri, i suoi vecchi colleghi dell'Empa. L'obiettivo è quello di sviluppare sensori di gas altamente sensibili, per il monitoraggio delle emissioni dei veicoli stradali, Per esempio, o per fornire al personale di laboratorio e ai minatori un preavviso della presenza di sostanze velenose. I sensori sono basati su film sottili fluorescenti che cambiano colore e diventano fluorescenti a contatto con determinate molecole di gas.

"Pensavamo in termini di una sorta di chiave elettronica per applicazioni di sicurezza, che reagirebbero solo a determinate condizioni ottiche, " spiega il fisico dell'Empa Pierangelo Groening. Necessari per questo sono trasparenti, film sottili fortemente fluorescenti, così Groening e Barranco hanno sviluppato un processo di deposizione al plasma per immagazzinare molecole di coloranti fluorescenti come metallo-proifine, perileni e ftalocianine non modificati e ad alte concentrazioni in SiO ₂ o TiO ₂ strati.

Divenne presto evidente che se certe molecole di gas si depositavano sulle particelle di colorante nelle pellicole sottili, quindi questi hanno emesso fluorescenza a diverse lunghezze d'onda e il film sottile ha cambiato colore di conseguenza. Se vengono utilizzati coloranti diversi, i gas tossici per l'uomo possono essere rilevati a concentrazioni molto basse.

Però, per molte applicazioni di sensori è importante che il tempo di risposta sia il più breve possibile, qualcosa che è difficilmente possibile con strati di colorante al plasma compatti. È, d'altra parte, possibile con strati che hanno una struttura molto porosa, simile al pelo di un tappeto su scala nanometrica. Gli scienziati sperano di trarre ulteriori benefici da tali strati perché aumentano l'area su cui possono adsorbire le molecole di gas da rilevare, e anche accorciare le distanze di diffusione, permettendo al sensore di rispondere più velocemente. La fisica Ana Borras ha quindi sviluppato un nuovo processo di deposizione sotto vuoto per sintetizzare nanofili organici.

Nel frattempo i ricercatori dell'Empa hanno fatto progressi, imparare a produrre nanofili con caratteristiche molto variabili selezionando opportunamente la molecola di partenza e le condizioni sperimentali. I nanofili di molecole di metallo-ftalocianina hanno diametri da soli 10 a 50 nanometri e una lunghezza fino a 100 micron. Ciò che è insolito e inaspettato nel nuovo metodo è che controllando esattamente la temperatura del substrato, flusso di molecole e trattamento del substrato, i nanofili organici sviluppano un aspetto mai raggiunto prima, struttura perfettamente monocristallina.

Subito dopo che furono fatti i primi studi con il microscopio elettronico fu chiaro a Groening che il nuovo processo poteva non solo fornire nanofili per i sensori di gas ma anche permettere di creare complessi "circuiti elettrici a nanofili" per applicazioni elettroniche e optoelettroniche come il solare cellule, transistor e diodi. Questo perché i diversi tipi di nanofili possono essere combinati come richiesto per formare reti con proprietà ampiamente variabili, come riportano Groening e collaboratori sulla rivista scientifica Materiale avanzato .

Il trucco per raggiungere questo obiettivo risiede in una seconda fase in cui i nanofili che crescono sulla superficie vengono "decorati" con nanoparticelle d'argento mediante un processo di rivestimento a polverizzazione catodica. un obiettivo, in questo caso un pezzo di argento massiccio, è bombardato da ioni energetici, staccando gli atomi d'argento che entrano nella fase gassosa e si depositano sui nanofili. In un ultimo passaggio, il team Empa ora coltiva più nanofili che, grazie alle particelle d'argento, sono in contatto elettrico con i fili originali - la base di un circuito elettrico su scala nanometrica.

Le prime misure di conducibilità elettrica, realizzato con l'ausilio di un microscopio a tunnel a scansione a quattro punte in ultra alto vuoto, ha superato le aspettative più ottimistiche:il materiale è di una qualità insolitamente elevata. "Questo apre la possibilità di essere presto in grado di produrre materiali semiconduttori organici, " dice Groening con sicurezza. "E questo, pure, utilizzando un processo semplice ed economico." Nel frattempo i ricercatori hanno sintetizzato con successo strutture di nanofili sempre più complesse, ed è riuscito a collegarli insieme usando una buona dose di abilità e un tocco sicuro.

Prendere, Per esempio, nanofili costituiti da sezioni realizzate con diverse molecole di partenza. Se queste molecole possono trasportare solo cariche positive o solo cariche negative, quindi viene creato un diodo che consente alla corrente di fluire in una sola direzione. Groening ipotizza che un giorno sarà possibile realizzare componenti per la nanoelettronica e la nanofotonica utilizzando questa tecnica.