Il rumore è una fluttuazione casuale a bassa frequenza che si verifica in molti sistemi, compresa l'elettronica, ambienti, e organismi. Il rumore può oscurare i segnali, quindi viene spesso rimosso dall'elettronica e dalle trasmissioni radio. L'origine del rumore nell'elettronica su scala nanometrica è attualmente di grande interesse, e sono stati proposti dispositivi che funzionano utilizzando il rumore. I materiali con un elevato rapporto superficie-volume sono interessanti per lo studio del rumore prodotto dall'elettronica su nanoscala perché sono molto sensibili ai cambiamenti delle loro superfici. Un materiale rappresentativo di questo tipo sono i nanotubi di carbonio, che sono fogli arrotolati della rete esagonale di grafene, che è spesso solo un atomo di carbonio.

Una collaborazione giapponese guidata dall'Università di Osaka ha esplorato la capacità delle singole molecole di influenzare il rumore generato dai dispositivi elettronici su nanoscala basati su nanotubi di carbonio. Il team ha fabbricato semplici dispositivi costituiti da un nanotubo di carbonio che collega due elettrodi. I dispositivi sono stati esposti a diverse grandi molecole, facendo sì che alcuni si leghino alla superficie dei nanotubi di carbonio. È stato scoperto che diverse molecole fornivano segnali di rumore unici relativi alle proprietà delle molecole. È stato possibile prevedere la forza dell'interazione tra i nanotubi di carbonio e le molecole dai segnali di rumore ottenuti.

"Il segnale generato dal dispositivo a nanotubi di carbonio è cambiato in seguito all'adsorbimento di specifiche singole molecole, " dice il primo autore Agung Setiadi. "Questo perché la molecola adsorbita ha generato uno stato di trappola nel nanotubo di carbonio, che ha cambiato la sua conduttanza."

Ciò significa che i dispositivi basati su nanotubi di carbonio erano così sensibili che i ricercatori sono stati in grado di rilevare una firma unica da singole molecole. La capacità di caratterizzare singole molecole utilizzando la nanoelettronica altamente sensibile è una prospettiva entusiasmante nel campo dei sensori, in particolare per applicazioni di neurosensori e biosensori.

"L'uso di segnali di rumore per identificare l'attività molecolare ((interazione) o (orbitale attivo)) è interessante per lo sviluppo di dispositivi di rilevamento avanzati, ", spiega l'autore corrispondente Megumi Akai-Kasaya. "Abbiamo dimostrato che il rumore può essere sfruttato per migliorare la capacità di rilevamento del segnale di un dispositivo." I risultati di questa dimostrazione di successo saranno pubblicati nel prossimo futuro in un articolo di follow-up.

La sensibilità di rilevamento del segnale può essere aumentata attraverso la generazione di rumore controllabile. Questi dispositivi basati su nanotubi di carbonio illustrano che è possibile rilevare singole molecole attraverso le loro firme di rumore uniche nei segnali di corrente del dispositivo. Una migliore conoscenza dell'origine del rumore a livello molecolare dovrebbe portare allo sviluppo di un'elettronica che utilizzi il rumore per migliorare le proprie prestazioni anziché degradarlo.