Un team internazionale guidato da ricercatori dello SLAC National Accelerator Laboratory e della Stanford University ha unito due molecole di carbonio insolite:diamanti, le gabbie quadrate a sinistra, e buckyball, le forme del pallone da calcio a destra - per creare "buckydiamondoids, " centro. Queste molecole ibride funzionano come raddrizzatori, condurre elettroni in una sola direzione, e potrebbe aiutare a spianare la strada ai dispositivi elettronici molecolari. Credito:Manoharan Lab/Università di Stanford
Gli scienziati hanno sposato due forme non convenzionali di carbonio:una a forma di pallone da calcio, l'altro un minuscolo diamante – per creare una molecola che conduce elettricità in una sola direzione. Questo minuscolo componente elettronico, noto come raddrizzatore, potrebbe svolgere un ruolo chiave nel ridurre i componenti del chip fino alla dimensione delle molecole per consentire più velocemente, dispositivi più potenti.
"Volevamo vedere quali novità, proprietà emergenti potrebbero emergere quando si mettono insieme questi due ingredienti per creare un "buckydiamondoid", '", ha affermato Hari Manoharan dello Stanford Institute for Materials and Energy Sciences (SIMES) presso lo SLAC National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell'Energia. parti."
Il gruppo di ricerca, che includeva scienziati della Stanford University, Belgio, Germania e Ucraina, ha comunicato i suoi risultati il 9 settembre 2014 in Comunicazioni sulla natura .
Due insoliti personaggi di Carbon si incontrano
Molti circuiti elettronici hanno tre componenti fondamentali:un materiale che conduce elettroni; raddrizzatori, che comunemente assumono la forma di diodi, dirigere quel flusso in un'unica direzione; e transistor per accendere e spegnere il flusso. Gli scienziati hanno combinato due ingredienti insoliti, buckyball e diamondoidi, per creare il nuovo componente simile a un diodo.
Buckyballs - abbreviazione di buckminsterfullereni - sono sfere cave di carbonio la cui scoperta nel 1985 ha valso a tre scienziati un premio Nobel per la chimica. I diamantini sono minuscole gabbie di carbonio legate insieme come nei diamanti, ma pesa meno di un miliardesimo di miliardesimo di carato. Entrambi sono oggetto di molte ricerche volte a comprenderne le proprietà e trovare modi per utilizzarle.
Nel 2007, un team guidato da ricercatori di SLAC e Stanford ha scoperto che un singolo strato di diamante su una superficie metallica può emettere in modo efficiente un fascio di elettroni. Manoharan e i suoi colleghi si sono chiesti:cosa accadrebbe se accoppiassero un diamante che emette elettroni con un'altra molecola a cui piace afferrare gli elettroni? I Buckyball sono proprio quel tipo di molecola che cattura gli elettroni.
Un'immagine realizzata con un microscopio a scansione a effetto tunnel mostra molecole ibride di buckydiamondoid su una superficie dorata. L'estremità buckyball di ogni molecola è attaccata alla superficie, con l'estremità del diamante sporgente; entrambi sono chiaramente visibili. L'area mostrata qui è di 5 nanometri per lato. Credito:H. Manoharan et al., Comunicazioni sulla natura
Una valvola molto piccola per incanalare il flusso di elettroni
Per questo studio, i diamondoidi sono stati prodotti nel laboratorio SLAC dei ricercatori SIMES Jeremy Dahl e Robert Carlson, che sono esperti mondiali nell'estrazione dei minuscoli diamanti dal petrolio. Furono poi spediti in Germania, dove i chimici della Justus-Liebig University hanno scoperto come attaccarli ai buckyball.
I risultanti buckydiamondoidi, che sono lunghi solo pochi nanometri, sono stati testati nei laboratori SIMES di Stanford. Un team guidato dallo studente laureato Jason Randel e dal ricercatore post-dottorato Francis Niestemski ha utilizzato un microscopio a scansione a effetto tunnel per creare immagini delle molecole ibride e misurare il loro comportamento elettronico. Hanno scoperto che l'ibrido è un eccellente raddrizzatore:la corrente elettrica che scorre attraverso la molecola era fino a 50 volte più forte in una direzione, dal diamante sputa-elettroni al buckyball cattura-elettroni, che nella direzione opposta. Questo è qualcosa che nessun componente può fare da solo.
Questa è un'illustrazione di una molecola buckydiamondoid sotto un microscopio a effetto tunnel (STM). La punta metallica affilata dell'STM termina in un singolo atomo; mentre scansiona un campione, tunnel di elettroni dalla punta nel campione. In questo studio l'STM ha realizzato immagini dei buckydiamondoidi e ne ha sondato le proprietà elettroniche. Credito:SLAC National Accelerator Laboratory
Anche se questo non è il primo raddrizzatore molecolare mai inventato, è il primo composto solo da carbonio e idrogeno, una semplicità che i ricercatori trovano attraente, disse Manoharan, che è professore associato di fisica a Stanford. Il prossimo passo, Egli ha detto, è vedere se i transistor possono essere costruiti con gli stessi ingredienti di base.
"I Buckyball sono facili da realizzare - possono essere isolati dalla fuliggine - e il tipo di diamante che abbiamo usato qui, che consiste di due minuscole gabbie, possono essere acquistati commercialmente, " ha detto. "E ora che i nostri colleghi in Germania hanno capito come legarli insieme, altri possono seguire la ricetta. Quindi, mentre la nostra ricerca mirava a ottenere informazioni fondamentali su una nuova molecola ibrida, potrebbe portare a progressi che aiutano a rendere l'elettronica molecolare una realtà".
