Le giunzioni e il meccanismo di rettifica. un, Struttura molecolare di HSC 15 Fc–C≡C–Fc. B, Illustrazione schematica delle giunzioni, dove α è l'angolo di inclinazione dell'unità Fc–C≡C–Fc. Le doppie frecce indicano l'interazione di Coulomb o van der Waals tra l'unità Fc-C≡C-Fc e l'elettrodo superiore polarizzato negativamente o positivamente, rispettivamente. C, Diagrammi del livello energetico a polarizzazione negativa e positiva, dove le frecce indicano il meccanismo di trasporto di carica e n(V) è il funzionale che descrive il numero di molecole coinvolte nel trasporto di carica dipendente dal bias. Credito: Nanotecnologia della natura (2017). DOI:10.1038/nnano.2017.110
Un team di ricerca internazionale che include il professor Enrique del Barco dell'Università della Florida centrale, Damien Thompson dell'Università di Limerick e Christian A. Nijhuis dell'Università Nazionale di Singapore hanno infranto un'importante limitazione che per quasi 20 anni ha impedito l'uso pratico dei diodi molecolari.
I circuiti elettrici sono gli elementi costitutivi di base dell'elettronica moderna, con componenti che controllano il flusso di corrente. Uno di questi componenti è il diodo, che consente il flusso di corrente in una direzione bloccando il flusso opposto.
I circuiti che sono onnipresenti nei dispositivi elettronici di tutto il mondo sono a base di silicio. Ma gli scienziati hanno cercato a lungo di duplicare le capacità dei circuiti a base di silicio a livello molecolare. L'elettronica molecolare utilizza singole molecole o raccolte su nanoscala di singole molecole come componenti elettronici. Ciò consentirebbe la miniaturizzazione senza precedenti di computer e altri dispositivi elettronici.
I diodi sono caratterizzati dal loro rapporto di rettifica, che è la velocità tra la corrente per la polarizzazione elettrica positiva e negativa. I rapporti di rettifica dei diodi commerciali a base di silicio hanno rapporti di rettifica compresi tra 10 5 e 10 8 .
Maggiore è il tasso di rettifica, più preciso è il controllo della corrente. Così, per quasi 20 anni senza successo, i ricercatori hanno cercato di progettare diodi molecolari che corrispondano o superino tale rapporto di rettifica. Una limitazione teorica fondamentale di una singola molecola aveva diodi molecolari limitati a rapporti di rettifica non superiori a 10 3 —lontano dai valori commerciali dei diodi a base di silicio.
Ora, come riportato lunedì sulla rivista scientifica Nanotecnologia della natura , un team di scienziati guidati da Nijhuis ha dimostrato un modo per raggiungere un rapporto di rettifica che era stato ritenuto un'impossibilità teorica.
I ricercatori sono stati in grado di formare giunzioni tunnel su macroscala basate su un singolo strato di diodi molecolari. Il numero di molecole che conducono corrente in quelle giunzioni cambia con la polarità di polarizzazione, moltiplicando così il rapporto di rettifica intrinseco di una singola molecola per polarizzazione diretta di tre ordini di grandezza. Il loro metodo ha superato i 10 3 limitazione, con conseguente rapporto di rettifica record di 6,3 x 10 5 .
"Ha superato quel limite imposto dalla teoria. In definitiva, ora hai un diodo molecolare che risponde in modo comparabile ai diodi a base di silicio, " disse del Barco, un fisico che ha interpretato i dati ed eseguito la modellazione teorica che ha spiegato come funziona. "Sposta qualcosa che era solo scienza in una possibilità commerciale".
È improbabile che la svolta sostituisca i diodi al silicio, ma potrebbe eventualmente portare all'uso di diodi molecolari per applicazioni che i diodi al silicio non possono gestire. E diodi molecolari, che può essere prodotto in un laboratorio di chimica, sarebbe più economico e più facile da fabbricare rispetto ai diodi standard.
