Schema (in alto) di una molecola che è stata attaccata a due elettrodi d'oro (giallo nella figura). Immagine al microscopio elettronico (sotto) di una giunzione di rottura. La striscia di metallo dorato è rotta nel mezzo; nell'apertura creata viene posta una molecola sulla quale si possono effettuare misurazioni.
Il trasporto di elettroni attraverso una singola molecola offre una nuova tecnologia molto promettente per la produzione di chip elettronici. Tuttavia è difficile stabilire un buon collegamento conduttivo tra la molecola ei contatti metallici. Ricercatori della Fondazione FOM, La Delft University of Technology e la Leiden University hanno scoperto un effetto che gioca un ruolo importante in questo:le cosiddette "cariche di immagine" nei contatti metallici influenzano fortemente il trasporto di elettroni attraverso la molecola. Di conseguenza, la conduzione molecolare può differire di diversi ordini di grandezza.
I leader del gruppo di lavoro FOM, il professor Herre van der Zant e il professor Jan van Ruitenbeek hanno pubblicato questi risultati online con il loro team il 17 marzo sulla rinomata rivista Nanotecnologia della natura .
Elettronica molecolare
Le molecole sono molto piccole e in genere di dimensioni di pochi nanometri. Una singola molecola tra due elettrodi potrebbe essere utilizzata come un sensore altamente sensibile o un transistor estremamente piccolo. Tuttavia, il problema nello sviluppo di questa "elettronica molecolare" è che è difficile stabilire un contatto elettrico con una singola molecola. Questa ricerca ha portato a una migliore comprensione del comportamento fisico fondamentale delle singole molecole. Ciò ha portato a idee per l'utilizzo di cariche di immagine per realizzare componenti molecolari elettronici.
Allineamento dei livelli di energia
Le cariche di immagine si verificano in un metallo a causa della vicinanza della carica, come quello sulla singola molecola. Le cariche di immagine nel metallo a loro volta influenzano i livelli di energia della molecola. Era già noto che questo è il modo in cui le cariche di immagine giocano un ruolo importante nel trasporto di carica attraverso le molecole. Le cariche di immagine possono spostare fortemente l'allineamento dei livelli di energia molecolare rispetto ai livelli di energia nel metallo. È così che causano una conduzione aumentata o diminuita. Ora per la prima volta i ricercatori hanno descritto sistematicamente questo effetto per una singola molecola.
La combinazione di competenze rende possibile la misurazione
Combinando le loro aree di competenza uniche, ricercatori di Delft e Leiden hanno sviluppato congiuntamente una nuova tecnica per misurare la conduzione molecolare. Il metodo si basa sulla tecnica della "giunzione a rottura guidata meccanicamente", inventato da Van Ruitenbeek. A Delft, la tecnica è stata ampliata incorporandola in un transistor. Questa tecnica permette di variare la distanza tra gli elettrodi e quindi la vicinanza della molecola, in modo che la carica di immagine possa essere influenzata. Di conseguenza, i ricercatori hanno acquisito un controllo meccanico ed elettrico unico sui livelli di energia della molecola. Ciò ha permesso loro di determinare e quantificare sperimentalmente il ruolo delle cariche di immagine.
