La crescente miniaturizzazione nell'elettronica si tradurrà in componenti costituiti da poche molecole, o anche solo una molecola. Sono necessari fili minuscoli per collegarli a un circuito elettrico a livello nano. Un team di ricerca internazionale della Kiel University (CAU) e del Donostia International Physics Center di San Sebastián, Spagna, ha sviluppato una molecola che integra un filo con un diametro di un solo atomo. Gli scienziati hanno scoperto che la corrente può essere regolata tramite questo filo molecolare. Funziona come un nano interruttore di alimentazione, e rende fattibile l'uso di fili molecolari nei componenti elettronici su scala nanometrica. I risultati del team di ricerca sono apparsi sulla rivista scientifica Lettere di revisione fisica .

Il filo prodotto dagli scienziati di Kiel e San Sebastián è lungo solo due legami atomici e largo un atomo. "Questo è il filo molecolare più semplice che si possa immaginare, più sottile e molto più corto non è possibile, " ha spiegato il fisico di Kiel Torben Jasper-Tönnies, primo autore della pubblicazione. Per misurare la corrente che scorre attraverso il nano filo, entrambe le estremità devono essere collegate a un elettrodo metallico, come nei circuiti più grandi. Ma non ci sono clip metalliche abbastanza piccole da creare contatti elettrici su scala nanometrica. "Il contatto elettrico delle singole molecole in un nanocircuito è un problema che non è stato ancora risolto in modo soddisfacente, ed è ampiamente discusso nella comunità di ricerca, " ha spiegato Jasper-Tönnies, che sta scrivendo la sua tesi di dottorato nel gruppo di lavoro del professor Richard Berndt.

Per abilitare un contatto elettrico, gli scienziati hanno sviluppato un nuovo filo, costituito da una sola molecola. "La particolarità del nostro filo è che possiamo installarlo in posizione verticale su una superficie metallica. Ciò significa che uno dei due contatti necessari è già effettivamente incorporato nel filo, " ha spiegato Jasper-Tönnies. Per raggiungere questo obiettivo, i chimici coinvolti hanno utilizzato un approccio del Kiel Collaborative Research Center (SFB) 677 "Function by Switching". Nella rete di ricerca interdisciplinare, le piattaforme molecolari sono tra le aree di interesse. Il filo è collegato a tale piattaforma. Presenta un'elevata conduttanza, e può essere facilmente attaccato a una superficie metallica come una ventosa - si realizza un contatto elettrico.

Per il secondo contatto richiesto, il team di ricerca ha utilizzato un microscopio a scansione a effetto tunnel (STM). Con una punta di metallo, si "sente" un campione, e crea un'immagine della sua superficie su una scala fino a pochi nanometri. I singoli atomi diventano così visibili. Nei loro esperimenti, i ricercatori di Kiel hanno utilizzato una punta metallica particolarmente fine per l'STM, alla fine del quale c'era un solo atomo. In questo modo, sono riusciti a creare un contatto elettrico con la seconda estremità del filo, chiudere il circuito, e misurare la corrente. "Attraverso questo contatto molto preciso tramite un solo atomo, abbiamo ottenuto dati particolarmente buoni. Possiamo replicare questi contatti, e i valori di corrente misurati differiscono pochissimo da filo a filo, " disse Jasper-Tönnies.

Durante le loro misurazioni, i ricercatori hanno anche scoperto che le forze della meccanica quantistica agiscono tra la punta metallica dell'STM e il nano filo. Questi possono essere usati per piegare meccanicamente il filo. Se il filo è solo leggermente piegato, la corrente si riduce. Però, se c'è una curva forte, aumenta. "Piegando il filo, siamo stati in grado di accendere o spegnere la corrente. Anche se il nostro filo è così semplice, si comporta in un modo molto complesso - questo ci ha sorpreso, " ha spiegato Jasper-Tönnies.

Gli scienziati pensano che l'insolita conduttanza elettrica del nanofilo sia causata dalla sua struttura molecolare. Ciò è supportato da calcoli eseguiti dal dott. Aran Garcia-Lekue e dal professor Thomas Frederiksen di San Sebastián. Come risultato delle forze della meccanica quantistica, i singoli atomi del filo formano nuovi legami chimici con l'atomo sulla punta della sonda STM. Questo cambia la geometria della molecola, e quindi le sue proprietà. "Piccole differenze geometriche possono effettivamente avere un enorme effetto. Ecco perché è importante essere in grado di impostare la geometria di una molecola e misurarla nel modo più accurato possibile - e lo otteniamo grazie al contatto preciso del nanofilo e tramite il Immagini STM in risoluzione atomica, " disse Jasper-Tönnies.