I circuiti sono diventati più piccoli, lasciare che i computer stiano nel palmo della tua mano, ma se i circuiti potessero essere piccoli come molecole? Per creare tali circuiti, gli scienziati hanno bisogno di diodi molecolari che permettano alla corrente di viaggiare in una direzione, ma non un altro. I diodi a base di carbonio sono promettenti, ma sono sensibili al loro ambiente. Non funzionano bene se inseriti in dispositivi pratici. Gli scienziati hanno ristrutturato il diodo separando la regione del tubo elettronico, costituito da un unico strato di pentacene, dagli elettrodi metallici. Il tampone è un sottile strato di minuscole sfere di carbonio, o buckyball. Il nuovo diodo è 1, 000 volte più efficace nel condurre la corrente in una direzione rispetto all'altra.

Gli scienziati hanno identificato il meccanismo molecolare Schottky che consente al diodo di condurre l'elettricità in una direzione e non nell'altra. Questo meccanismo può rivelarsi una caratteristica generale di tali sistemi molecolari, e la capacità di ingegnerizzarlo attraverso l'aggiunta di uno strato sottile può avere implicazioni per la produzione di massa di elettronica a base molecolare e innovazioni nelle celle solari e in alcuni fotovoltaici organici.

A più di quarant'anni dalla proposta originale dei diodi molecolari organici, le prestazioni elettriche di tali dispositivi rimangono diversi ordini di grandezza al di sotto delle loro controparti inorganiche. Una delle ragioni principali è che le molecole sono molto sensibili al loro ambiente immediato, in modo che molte delle loro proprietà elettriche intrinseche desiderabili vengano perse quando integrate in dispositivi reali. Questo lavoro supera tali problemi disaccoppiando la regione del dispositivo attivo costituita da un monostrato di pentacene dagli elettrodi metallici utilizzando uno strato tampone costituito da buckyball metallizzati (C60).

Le interazioni intrinsecamente deboli tra C60 e pentacene e il forte accoppiamento di C60 con rame portano a un sistema che ricorda un diodo Schottky a 2 molecole di spessore, con una rettifica di corrente paragonabile ai migliori performer nel campo dei diodi molecolari. Questi risultati aprono la possibilità di progettare un comportamento elettrico non lineare su una scala di lunghezza nanometrica nell'optoelettronica organica e nel fotovoltaico. Le capacità di microscopia a scansione a effetto tunnel presso il Center for Nanoscale Materials (CNM) con preparazione della superficie sotto vuoto ultraelevato sono state fondamentali per la costruzione e la caratterizzazione di questi sistemi autoassemblati su scala atomica. Con questa struttura determinata sperimentalmente, i calcoli sul cluster di calcolo ad alte prestazioni del CNM hanno svelato la struttura elettronica e il meccanismo di trasporto dell'eterogiunzione.