Gli scienziati stanno affrontando una serie di ostacoli mentre cercano di sviluppare circuiti di dimensioni microscopiche, compreso come controllare in modo affidabile la corrente che scorre attraverso un circuito che è la larghezza di una singola molecola.

Alexander Shestopalov, un assistente professore di ingegneria chimica presso l'Università di Rochester, ha fatto proprio questo, portandoci così un passo più vicino ai circuiti su scala nanometrica.

"Fino ad ora, gli scienziati non sono stati in grado di dirigere in modo affidabile una carica da una molecola all'altra, " ha detto Shestopalov. "Ma questo è esattamente quello che dobbiamo fare quando si lavora con circuiti elettronici che sono una o due molecole sottili."

Shestopalov ha lavorato con un OLED (diodo organico a emissione di luce) alimentato da un microscopicamente piccolo, circuito semplice in cui ha collegato un foglio sottile di una molecola di materiale organico tra gli elettrodi positivo e negativo. Recenti pubblicazioni di ricerca hanno dimostrato che è difficile controllare la corrente che viaggia attraverso il circuito da un elettrodo all'altro in un circuito così sottile. Come spiega Shestopalov in un articolo pubblicato sulla rivista Interfacce materiali avanzate , la chiave era aggiungere un secondo, strato inerte di molecole.

Lo strato inerte, o non reattivo, è costituito da una catena lineare di molecole organiche. Sopra uno strato di molecole aromatiche o a forma di anello agisce come un filo che conduce la carica elettronica. Lo strato inerte, in effetti, agisce come l'involucro plastico sui cavi elettrici isolando e separando i cavi in ​​tensione dall'ambiente circostante. Poiché lo strato inferiore non è in grado di reagire con lo strato sovrapposto, le proprietà elettroniche del componente sono determinate esclusivamente all'interno dello strato superiore.

La disposizione a doppio strato ha anche dato a Shestopalov la possibilità di mettere a punto il suo controllo del trasferimento di carica. Modificando i gruppi funzionali - unità di atomi che sostituiscono l'idrogeno nelle molecole e determinano la caratteristica reattività chimica di una molecola - potrebbe influenzare più precisamente la velocità con cui la corrente si muove tra gli elettrodi e lo strato superiore di molecole organiche.

Nei dispositivi elettronici molecolari, alcuni gruppi funzionali accelerano il trasferimento di carica, mentre altri lo rallentano. Incorporando lo strato inerte di molecole, Shestopalov è stato in grado di ridurre qualsiasi interferenza con lo strato superiore e, di conseguenza, ottenere il trasferimento di carica preciso necessario in un dispositivo modificando il gruppo funzionale.

Per esempio, un OLED potrebbe aver bisogno di un trasferimento di carica più veloce per mantenere una luminescenza specifica, mentre un dispositivo di iniezione biomedico può richiedere una velocità più lenta per procedure delicate o variabili.

Mentre Shestopalov ha superato un ostacolo significativo, resta ancora molto lavoro da fare prima che i dispositivi elettronici molecolari a doppio strato diventino pratici. Il prossimo ostacolo è la durata.

"Il sistema che abbiamo sviluppato si degrada rapidamente alle alte temperature, " disse Shestopalov. "Ciò di cui abbiamo bisogno sono dispositivi che durino per anni, e questo richiederà tempo per realizzarlo.