I ricercatori hanno scoperto come controllare le molecole attaccate al grafene, aprendo la strada a minuscoli sensori e dispositivi biologici per contenere le informazioni.

Il grafene è un materiale costituito da un singolo foglio di atomi di carbonio disposti a nido d'ape. A causa della sua conduttività elettrica unica, il grafene ha il potenziale per essere una base per dispositivi elettronici di dimensioni di soli nanometri (miliardesimi di metro).

Per mettere a punto fogli di grafene per essere utili in diverse situazioni, altre molecole organiche sono attaccate al foglio, e queste molecole devono interagire con il foglio di grafene in modi prevedibili.

Per esempio, se la carica elettrica delle molecole potesse essere controllata, quindi potrebbero essere usati come "interruttori" molecolari. Gli interruttori sono importanti nei dispositivi elettronici che memorizzano informazioni, come dischi rigidi, dove la sequenza delle posizioni "on" o "off" dell'interruttore codifica le informazioni, in modo simile agli 1 e agli 0 dell'informazione digitale.

I ricercatori hanno sperimentato singole molecole su fogli di grafene, ma è stato difficile interpretare i risultati e quindi progettare dispositivi che sfruttassero le interazioni tra i fogli e le molecole.

Ora, un team guidato dal professor Mike Crommie dell'Università della California, Berkeley e ricercatori dell'Imperial College di Londra hanno scoperto come controllare una proprietà – lo stato di carica – di singole molecole organiche attaccate a fogli di grafene.

I loro risultati sono pubblicati oggi sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

Interruttore ultra piccolo

Il team ha posizionato una molecola di tetrafluorotetracianochinodimetano (F4-TCNQ) su un foglio di grafene e ha aumentato la densità elettronica del grafene utilizzando un campo elettrico. Utilizzando tecniche chiamate spettroscopia a effetto tunnel e microscopia a forza atomica, hanno scoperto che il grafene dona alcuni dei suoi elettroni alla molecola organica F4-TCNQ, cambiando il suo stato di carica in modo prevedibile.

Questa intuizione potrebbe consentire agli scienziati di progettare piccoli dispositivi elettronici a base di grafene. Dottor Johannes Lischner, dal Dipartimento dei Materiali dell'Imperial, ha contribuito a sviluppare parte della teoria alla base del sistema. Ha detto:"Una molecola con uno stato di carica controllabile può agire come un interruttore ultra-piccolo, che è un elemento fondamentale dei dispositivi elettronici.

"Un tale interruttore potrebbe essere utilizzato per memorizzare informazioni, in modo simile alla memoria flash utilizzata nelle chiavette USB. In alternativa, in un sensore biologico potresti teoricamente utilizzare molecole commutabili per aiutare a rilevare la presenza di altre molecole, come le cellule cancerose».

Il team sta ora espandendo il proprio metodo per studiare coppie di molecole e assemblaggi di un piccolo numero di molecole su fogli di grafene, oltre a cercare modi per ancorare singole molecole al grafene al fine di semplificare la fabbricazione di nuovi dispositivi.