Dispositivo di tunneling risonante basato su una singola molecola:inizialmente partendo da zero, la corrente aumenta con la tensione. Però, per tensioni maggiori, la corrente diminuisce mostrando così una resistenza differenziale negativa. La linea rossa disegnata calcolata è in buon accordo con i dati. Credito:ricerca fondamentale sulla materia (FOM)
Ricercatori della Delft University of Technology, L'Università di Groningen e la Fondazione FOM hanno progettato una singola molecola che può fungere da utile elemento costitutivo in circuiti di dimensioni nanometriche. Hanno scoperto che la molecola funziona come un dispositivo di tunneling risonante, un componente essenziale nei telefoni cellulari e WiFi. Nella tecnologia dei semiconduttori convenzionale, questi dispositivi hanno un design complicato costituito da diversi strati di materiali diversi. Questa è la prima volta che un dispositivo del genere è stato realizzato sulla più piccola scala immaginabile, fornendo così un'opzione interessante all'interno del continuo ridimensionamento dei componenti elettronici da parte dell'industria convenzionale. I risultati sono pubblicati online questa settimana in Nanotecnologia della natura .
Elettronica molecolare
Le molecole hanno una dimensione tipica di pochi nanometri, rendendoli il limite ultimo per il ridimensionamento dei componenti elettronici attuali, come diodi, transistor, e i cosiddetti dispositivi di tunneling risonante. Elettronica a radiofrequenza, come ad esempio utilizzato nei telefoni cellulari e WiFi, fare affidamento sull'uso di dispositivi di tunneling risonante. Questi dispositivi mostrano una conduttanza differenziale negativa, il che significa che un aumento della tensione ai capi del dispositivo si traduce in a diminuire in corrente elettrica attraverso di essa. Questo effetto può essere utilizzato per amplificare i segnali elettrici.
tirando
La conduttanza differenziale negativa misurata nella singola molecola considerata dai gruppi di ricerca di Delft e Groningen, era molto prominente e sintonizzabile manipolando meccanicamente la molecola. Il grado di flessione della molecola può essere variato tirando su di essa regolando la distanza tra gli elettrodi a cui è attaccata la molecola (vedi file GIF).
Regole di progettazione
L'intrappolamento di una molecola tra due elettrodi d'oro:quando si misura contemporaneamente la corrente attraverso la molecola, appare una resistenza differenziale negativa. La struttura molecolare viene calcolata in ogni passaggio in base alle forze tra gli atomi.
Da queste osservazioni sono derivate nuove regole di progettazione per implementare funzionalità elettroniche complesse in singole molecole. Di conseguenza, i ricercatori sono stati in grado di dimostrare il più piccolo dispositivo di tunneling risonante conosciuto con una conduttanza differenziale negativa pronunciata. Inoltre, i risultati aprono la strada alla progettazione di un efficiente raddrizzatore a singola molecola (che converte la corrente alternata in corrente continua). Può essere costruito sulla base dello stesso principio di tunneling risonante.
Questa ricerca è stata condotta con il sostegno finanziario della Fondazione FOM, NWO/OCW, e il programma quadro europeo FP7.
