(a) Struttura molecolare del COPV6(SH) 2 molecola. (b) Viste dall'alto e in sezione trasversale di un elettrodo nanogap ELGP. (c) Diversi modi in cui la molecola si lega al nanogap. Il dispositivo termicamente stabile si ottiene quando si verifica il primo tipo di legame (SAuSH). Credito: ACS OMEGA
Gli scienziati del Tokyo Institute of Technology hanno creato i primi dispositivi a nanofili molecolari organici termicamente stabili utilizzando una singola molecola lunga 4,5 nm posta all'interno di elettrodi nanogap placcati in oro senza elettricità.
I metodi ei materiali tradizionali utilizzati per la fabbricazione dei moderni circuiti integrati sono prossimi a raggiungere (o probabilmente hanno già raggiunto) i loro limiti fisici finali per quanto riguarda le dimensioni del prodotto finale. In altre parole, un'ulteriore miniaturizzazione dei dispositivi elettronici è quasi impossibile senza approfondire altri tipi di materiali e tecnologie, come dispositivi elettronici molecolari organici. Però, questa classe di dispositivi generalmente funziona correttamente solo a temperature estremamente basse a causa delle fluttuazioni termiche sia delle molecole organiche che degli elettrodi metallici.
Mentre speciale electroless, elettrodi nanogap placcati in oro, chiamati elettrodi ELGP, hanno dimostrato un'eccezionale stabilità termica al loro gap, devono essere sviluppate nuove classi di fili molecolari per affrontare i problemi di miniaturizzazione e dissipazione del calore. A causa di ciò, un team di scienziati, tra cui il professor Yutaka Majima del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), focalizzato su una molecola lunga 4,5 nm chiamata oligo-(fenilenevinilene) disulfanil a ponte di carbonio, o COPV6(SH) 2 in breve.
Questa molecola, mostrato in Fig. 1 (a), ha un rigido, sistema pi-coniugato a bastoncino, che è isolato elettronicamente e spazialmente dall'ambiente circostante da quattro gruppi 4-ottilfenile. La molecola ha due terminali sulfidrilici, che può o meno legarsi chimicamente con le superfici d'oro opposte di un nanogap ELGP, mostrato in Fig. 1 (b). interessante, il team di ricerca ha scoperto che quando il COPV6(SH) 2 la molecola si lega alle superfici d'oro in modo specifico, chiamato SAUSH, come mostrato in Fig. 1 (c), il dispositivo risultante mostra il comportamento caratteristico dei dispositivi di tunneling di elettroni risonanti coerenti, che hanno una serie di potenziali applicazioni nei campi dell'elettronica e delle nanotecnologie.
Più importante, il dispositivo risultante era termicamente stabile, mostrando curve di corrente vs tensione simili sia a 9 che a 300 K. Ciò non era stato ottenuto prima di utilizzare fili molecolari organici flessibili. Però, come mostrato in Fig. 1 (c), ci sono diversi modi in cui il COPV6(SH) 2 la molecola può legarsi al nanogap ELGP, e il team attualmente non ha modo di controllare il tipo di dispositivo che riceverà.
Nonostante che, hanno misurato le caratteristiche elettriche dei dispositivi che hanno ottenuto per spiegare in dettaglio i meccanismi quantistici sottostanti che ne determinano il comportamento. Inoltre, hanno verificato i loro risultati con valori derivati teoricamente e, facendo questo, hanno ulteriormente rafforzato le loro conoscenze sul principio di funzionamento del dispositivo SAuSH e sulle altre possibili configurazioni.
La prossima sfida è ottenere una resa migliore del dispositivo SAuSH, perché la loro resa era inferiore all'1 per cento. Il team ritiene che la rigidità e l'alto peso molecolare della molecola, così come la stabilità degli elettrodi ELGP, sarebbe responsabile dell'elevata stabilità del dispositivo risultante e della sua bassa resa. Date le molte possibili variazioni della classe di molecole COPVn e le varie configurazioni di nanogap ELGP, il problema della resa può essere risolto modificando i metodi e le caratteristiche delle molecole e dei gap utilizzati. I dati riportati in questo lavoro forniranno una base per la futura ricerca elettronica su scala molecolare.
