La capacità di assemblare blocchi elettronici costituiti da singole molecole è un obiettivo importante nella nanotecnologia. Un gruppo di ricerca interdisciplinare presso la Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) è ora significativamente più vicino al raggiungimento di questo obiettivo. Il team di ricercatori guidato dalla Prof.ssa Dott.ssa Sabine Maier, Il Prof. Dr. Milan Kivala e il Prof. Dr. Andreas Görling hanno assemblato e testato con successo conduttori e reti composte da singoli, molecole di blocchi di costruzione di nuova concezione. Questi potrebbero in futuro servire come base di componenti per sistemi optoelettronici, come schermi piatti flessibili o sensori. I ricercatori della FAU hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista Comunicazioni sulla natura .
Le tecniche litografiche in cui le strutture richieste sono tagliate da blocchi esistenti sono attualmente impiegate principalmente per produrre componenti micro e nanoelettronici. 'Questo non è diverso dal modo in cui uno scultore crea un oggetto da materiale esistente tagliando via ciò di cui non ha bisogno. Quanto piccole possiamo realizzare queste strutture è determinato dalla qualità del materiale e dalle nostre capacità meccaniche, ' spiega il Prof. Dr. Sabine Maier dalla Cattedra di Fisica Sperimentale. "Ora abbiamo qualcosa come un set di mattoncini Lego per l'uso nel campo della nanoelettronica; questo ci consente di fabbricare gli oggetti richiesti 'dal basso verso l'alto', in altre parole, partiamo dalla base e posizioniamo le minuscole unità una sopra l'altra."
I ricercatori possono ora utilizzare questi elementi costitutivi per produrre le più piccole strutture unidimensionali (conduttori) e strutture bidimensionali (reti) in condizioni controllate con precisione. Le strutture si caratterizzano per la loro estrema regolarità senza difetti strutturali. Strutture impeccabili di questo tipo sono essenziali per produrre minuscoli componenti nanoelettronici con varie proprietà.
La base di questi semiconduttori organici sintetici - per così dire i mattoncini Lego - è stata sintetizzata presso l'Istituto di chimica organica della FAU. "Il nostro mattone di base è un triangolo composto da 21 atomi di carbonio con un atomo di azoto al centro, con idrogeno, iodio o bromo depositato agli angoli a seconda della struttura desiderata' chiarisce il Prof. Dr. Milan Kivala della Cattedra di Chimica Organica I. I ricercatori della FAU attaccano le molecole corrispondenti ad una superficie di supporto in oro e questa viene poi riscaldata a 150 - 270°C. Questo processo inizialmente forma esagoni o catene. Quando i campioni raggiungono una temperatura di 270°C, i mattoni molecolari si formano chimicamente legati, maglie piatte e a nido d'ape che sono simili nella struttura a quella del materiale vincitore del premio Nobel grafene.
Il gruppo di ricerca è già riuscito a determinare una delle principali proprietà elettriche, il cosiddetto "band gap". "Abbiamo stabilito che il band gap delle strutture bidimensionali è inferiore a quello delle disposizioni unidimensionali degli stessi blocchi molecolari, ' aggiunge il Prof. Dr. Andreas Görling della Cattedra di Chimica Teorica. "Queste informazioni ci aiuteranno in futuro a prevedere le proprietà di queste strutture e ad adattarle ai valori desiderati per specifiche applicazioni optoelettroniche."
Questa ricerca ha aperto la possibilità di fabbricare componenti nanoelettronici sempre più piccoli. Le attuali tecniche litografiche utilizzate nella produzione commerciale di microchip possono creare solo strutture più grandi di 14 nanometri. I conduttori generati a Erlangen sono solo poco più larghi di un nanometro e quindi circa cinquantamila volte più sottili di un capello umano. Però, sono necessari una serie di ulteriori sviluppi prima che possano essere utilizzati in applicazioni tecnologiche. Per esempio, è ancora necessario trovare un materiale di supporto elettricamente non conduttivo adatto.
