Scienziati dell'Università di Costanza e dell'Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) stanno lavorando per memorizzare ed elaborare informazioni a livello di singole molecole per creare i componenti più piccoli possibili che si uniranno autonomamente per formare un circuito. Come recentemente riportato sulla rivista accademica Scienze avanzate , i ricercatori possono attivare per la prima volta il flusso di corrente attraverso una singola molecola con l'aiuto della luce.

Dott. Artur Erbe, fisico presso l'HZDR, è convinto che in futuro l'elettronica molecolare aprirà le porte a componenti o sensori nuovi e sempre più piccoli, ma anche più efficienti dal punto di vista energetico:"Le singole molecole sono attualmente i più piccoli componenti immaginabili in grado di essere integrati in un processore". Gli scienziati devono ancora riuscire a personalizzare una molecola in modo che possa condurre una corrente elettrica e che questa corrente possa essere attivata e disattivata selettivamente come un interruttore elettrico.

Ciò richiede una molecola in cui un legame altrimenti forte tra i singoli atomi si dissolva in un punto e si riformi proprio quando l'energia viene pompata nella struttura. Dottor Jannic Wolf, chimico presso l'Università di Costanza, scoperto attraverso esperimenti complessi che un particolare composto di diariletene è un candidato idoneo. I vantaggi di questa molecola, di circa tre nanometri, sono che ruota molto poco quando si apre un punto nella sua struttura e possiede due nanofili che possono essere usati come contatti. Il diariletene è un isolante quando è aperto e diventa un conduttore quando è chiuso. Esibisce quindi un diverso comportamento fisico, un comportamento che gli scienziati di Costanza e di Dresda hanno potuto dimostrare con certezza in numerose misurazioni riproducibili per la prima volta in una singola molecola.

Un computer da una provetta

Una caratteristica speciale di questa elettronica molecolare è che avvengono in un fluido all'interno di una provetta, dove le molecole vengono a contatto all'interno della soluzione. Al fine di accertare quali effetti hanno le condizioni di soluzione sul processo di commutazione, è stato quindi necessario testare sistematicamente vari solventi. Il diariletene deve essere attaccato all'estremità dei nanofili agli elettrodi in modo che la corrente possa fluire. "Abbiamo sviluppato una nanotecnologia all'HZDR che si basa su punte estremamente sottili fatte di pochissimi atomi d'oro. Allunghiamo il composto commutabile di diariletene tra di loro, " spiega il dottor Erbe.

Quando un raggio di luce colpisce la molecola, passa dal suo stato aperto a quello chiuso, conseguente flusso di corrente. "Per la prima volta abbiamo potuto accendere una singola molecola contattata e dimostrare che questa precisa molecola diventa un conduttore su cui abbiamo usato il raggio di luce, "dice il dottor Erbe, soddisfatto dei risultati. "Abbiamo anche caratterizzato il meccanismo di commutazione molecolare con un dettaglio estremamente elevato, ecco perché credo che siamo riusciti a fare un passo importante verso un vero componente elettronico molecolare."

Spegnimento, però, non funziona ancora con il diariletene contattato, ma il fisico è fiducioso:"I nostri colleghi del gruppo di teoria HZDR stanno calcolando la precisione con cui la molecola deve ruotare in modo che la corrente venga interrotta. Insieme ai chimici di Costanza, saremo in grado di implementare di conseguenza la progettazione e la sintesi per la molecola." Tuttavia, ci vuole molta pazienza perché si tratta di ricerca di base. Il contatto della molecola di diariletene mediante litografia a fascio di elettroni e le misurazioni successive sono durate da sole tre lunghi anni. Circa dieci anni fa, un gruppo di lavoro dell'Università di Groningen nei Paesi Bassi era già riuscito a costruire un interruttore che potesse interrompere la corrente. Anche l'interruttore di spegnimento funzionava solo in una direzione, ma ciò che all'epoca non poteva essere dimostrato con certezza era che il cambiamento di conduttività era legato a una singola molecola.

Un'area di interesse della ricerca a Dresda è la cosiddetta auto-organizzazione. "Le molecole di DNA sono, ad esempio, in grado di organizzarsi in strutture senza alcuna assistenza esterna. Se riusciamo a costruire interruttori logici da molecole auto-organizzanti, allora i computer del futuro verranno dalle provette, " Il dottor Erbe profetizza. Gli enormi vantaggi di questa nuova tecnologia sono evidenti:gli impianti di produzione da miliardi di euro necessari per produrre la microelettronica di oggi potrebbero essere un ricordo del passato. I vantaggi non risiedono solo nella produzione ma anche nel funzionamento del nuovo componenti, poiché entrambi richiedono pochissima energia.