(PhysOrg.com) -- Una nuova ricerca apre la strada all'autoassemblaggio su scala nanometrica di elementi costitutivi organici, una nuova strada promettente verso la prossima generazione di dispositivi elettronici ultra-piccoli.
Molecole ad anello con una simmetria quintuplicata insolita si legano fortemente a una superficie di rame, a causa di un sostanziale trasferimento di carica, ma sperimentano notevoli difficoltà nella diffusione laterale, e mostrano sorprendentemente poca interazione tra molecole vicine. Questa combinazione senza precedenti di caratteristiche è ideale per la creazione spontanea di film sottili stabili ad alta densità, composto da un pavimento di queste piastrelle pentagonali organiche, con potenziali applicazioni in ambito informatico, energia solare e nuove tecnologie di visualizzazione.
Attualmente, l'elettronica commerciale utilizza un approccio dall'alto verso il basso, con la fresatura o l'incisione di materiale inorganico, come il silicio, per rendere un dispositivo più piccolo. Per molti anni la potenza di calcolo di una data dimensione del chip del computer è raddoppiata ogni diciotto mesi (fenomeno noto come legge di Moore), ma presto si prevede un limite a questa crescita. Allo stesso tempo, l'efficienza di accoppiamento dei componenti elettronici alla luce in entrata o in uscita (sia nella generazione di elettricità dalla luce solare, o nella generazione di luce dall'elettricità nei display a schermo piatto e nell'illuminazione) è anche fondamentalmente limitato dallo sviluppo di tecniche di fabbricazione su scala nanometrica.
I ricercatori sono quindi alla ricerca di soluzioni ingegnose nella creazione di un'elettronica sempre più piccola. Il campo della nanotecnologia sta adottando un approccio dal basso verso l'alto per creare elettronica utilizzando componenti organici autoassemblanti naturalmente, come polimeri, che saranno in grado di formare spontaneamente dispositivi con le caratteristiche elettroniche od ottiche desiderate.
Le ultime scoperte provengono da scienziati dell'Università di Cambridge e della Rutgers University che stanno lavorando allo sviluppo di nuove classi di film sottili organici sulle superfici. Studiando le forze fondamentali in gioco nei film sottili autoassemblanti, stanno sviluppando le conoscenze che consentiranno loro di adattare questi film in dispositivi organico-elettronici su scala molecolare, creare componenti più piccoli di quanto sarebbe mai possibile con le tecniche di fabbricazione convenzionali.
Dottoressa Holly Hedgeland, del Dipartimento di Fisica dell'Università di Cambridge, uno dei coautori del paper che riporta la ricerca, ha dichiarato:"Con l'industria dei semiconduttori che attualmente vale circa 249 miliardi di dollari all'anno, c'è una chiara motivazione verso una comprensione su scala molecolare delle tecnologie innovative che potrebbero sostituire quelle che usiamo oggi".
Non sono semplicemente le proprietà elettroniche di una molecola su una superficie che controlleranno il suo potenziale per far parte di un dispositivo, ma anche se si sposterà da solo nella configurazione strutturale richiesta e rimarrà stabile in quella posizione anche se il dispositivo si surriscalda durante l'uso.
Le molecole fortemente legate al substrato con un alto grado di trasferimento di carica offrono una gamma di nuove possibilità, sebbene attualmente si sappia poco del loro comportamento. Un certo numero di molecole organiche, solitamente dotato di anelli di carbonio attraverso i quali la carica elettronica può condurre, potenzialmente dimostrare le giuste proprietà elettroniche, ma le forze a lungo raggio che governeranno il loro autoassemblaggio durante le prime fasi della crescita rimangono spesso un mistero.
Ora il team interdisciplinare con sede nei Dipartimenti di Fisica e Chimica dell'Università di Cambridge, e il Dipartimento di Chimica e Biologia Chimica della Rutgers University, hanno riportato le prime misurazioni dinamiche per una nuova classe di film sottili organici in cui le molecole di ciclopentadienile (C5H5) ricevono una carica elettronica significativa dalla superficie, tuttavia si diffondono facilmente attraverso la superficie e mostrano interazioni reciproche che sono molto più deboli di quanto ci si aspetterebbe tipicamente per la quantità di carica trasferita.
Hedgeland ha spiegato:"Accoppiando la tecnica sperimentale dell'eco spin dell'elio con calcoli avanzati dei primi principi, siamo stati in grado di studiare il comportamento dinamico di uno strato di ciclopentendienile su una superficie di rame, e dedurre che il trasferimento di carica tra il metallo e la molecola organica stava avvenendo in un senso controintuitivo."
Dott. Marco Sacchi, del Dipartimento di Chimica dell'Università di Cambridge, che ha eseguito i calcoli che hanno contribuito a spiegare i nuovi sorprendenti risultati sperimentali, ha affermato che "la chiave del comportamento unico del ciclopentadienile risiede nella sua simmetria pentagonale (cinque volte), che impedisce che si attacchi a qualsiasi sito all'interno della simmetria triangolare (tre volte) della superficie del rame attraverso legami covalenti direzionali, lasciandolo libero di spostarsi facilmente da un sito all'altro; allo stesso tempo, la sua struttura elettronica interna è solo un elettrone in meno di una configurazione "aromatica" estremamente stabile, incoraggiando un alto grado di trasferimento di carica dalla superficie e creando un forte legame ionico non direzionale."
I risultati dei ricercatori, segnalato in Lettere di revisione fisica oggi, venerdì 06 maggio, evidenziare il potenziale di una nuova categoria di adsorbato molecolare, che potrebbe soddisfare tutti i criteri richiesti per un'applicazione utile.
Hedgeland ha concluso:"Il carattere insolito del trasferimento di carica in questo caso impedisce le grandi interazioni repulsive tra molecole adiacenti che altrimenti ci si aspetterebbe, e quindi dovrebbe consentire la formazione di film insolitamente ad alta densità. Allo stesso tempo, le molecole rimangono altamente mobili e tuttavia fortemente legate alla superficie, con un alto grado di stabilità termica. In tutto, questa è una combinazione di proprietà fisiche che offre enormi vantaggi potenziali per lo sviluppo di nuove classi di film organici autoassemblati rilevanti per le applicazioni tecnologiche".
