I componenti elettronici costruiti da singole molecole utilizzando la sintesi chimica potrebbero aprire la strada a piccoli, dispositivi elettronici più veloci, più verdi e sostenibili. Ora per la prima volta, un transistor costituito da un solo monostrato molecolare è stato fatto funzionare dove conta davvero. Su un chip di computer.

Il circuito molecolare integrato è stato creato da un gruppo di chimici e fisici del Dipartimento di Chimica Nano-Science Center dell'Università di Copenaghen e dell'Accademia cinese delle scienze, Pechino. La loro scoperta "Pellicole di ossido di grafene ridotto ultrasottili come contatti superiori trasparenti per giunzioni molecolari a stato solido commutabili con la luce" è stata appena pubblicata online sul prestigioso periodico Materiale avanzato . La svolta è stata resa possibile grazie a un uso innovativo del grafene, un materiale bidimensionale in carbonio.

Primo passo verso il circuito molecolare integrato

Kasper Nørgaard è professore associato di chimica all'Università di Copenhagen. Ritiene che il primo vantaggio del chip di grafene di nuova concezione sarà quello di facilitare il test dei prossimi componenti elettronici molecolari. Ma è anche fiducioso, che rappresenta un primo passo verso veri e propri circuiti molecolari integrati.

"Il grafene ha delle proprietà molto interessanti, che non può essere eguagliato da nessun altro materiale. Quello che abbiamo mostrato è che è possibile integrare un componente funzionale su un chip di grafene. Onestamente sento che questa è una notizia da prima pagina", dice Nørgaard.

Il chip del computer molecolare è un sandwich costruito con uno strato d'oro, uno dei componenti molecolari e uno del grafene materiale estremamente sottile di carbonio. Il transistor molecolare nel sandwich è acceso e utilizza un impulso luminoso, quindi una delle proprietà peculiari del grafene è molto utile. Anche se il grafene è fatto di carbonio, è quasi completamente traslucido.

La caccia ai transistor, fili, contatti e altri componenti elettronici realizzati da singole molecole hanno fatto lavorare i ricercatori giorno e notte. A differenza dei componenti tradizionali, si prevede che non richiedano metalli pesanti ed elementi delle terre rare. Quindi dovrebbero essere più economici e meno dannosi per la terra, acqua e animali. Sfortunatamente è stato diabolicamente difficile testare quanto bene funzionino queste molecole funzionali. Fino ad ora.

In precedenza, il test dei componenti microscopici faceva ricorso ai ricercatori a un metodo migliore rispetto a una lotteria. Per verificare se una molecola appena coniata condurrebbe o interromperebbe una corrente, hanno dovuto praticamente scaricare un bicchiere pieno di molecole tra due fili sotto tensione, sperando che almeno una molecola fosse atterrata in modo da chiudere il circuito.

Metodo della lotteria soppiantato dal posizionamento di precisione

Utilizzando il nuovo chip al grafene, i ricercatori possono ora posizionare le loro molecole con grande precisione. Questo rende più veloce e più facile testare la funzionalità dei fili molecolari, contatti e diodi in modo che i chimici sappiano in poco tempo se devono tornare ai loro becher per sviluppare nuove molecole funzionali, spiega Nørgaard.

"Abbiamo fatto un disegno, che conterrà molti tipi diversi di molecole" dice e prosegue:"Poiché l'impalcatura di grafene è più vicina al vero design del chip, rende più facile testare i componenti, ma ovviamente è anche un passo avanti verso la realizzazione di un vero circuito integrato utilizzando componenti molecolari. E non dobbiamo perdere di vista il fatto che i componenti molecolari devono finire in un circuito integrato, se serviranno a qualcosa nella vita reale".