Il filo proposto è "drogato" con un'unità di rutenio che migliora la sua conduttanza a livelli senza precedenti rispetto a fili molecolari simili riportati in precedenza. Credito: Giornale della Società Chimica Americana
Gli scienziati del Tokyo Institute of Technology hanno progettato un nuovo tipo di filo molecolare drogato con rutenio organometallico per ottenere una conduttanza senza precedenti rispetto ai precedenti fili molecolari. L'origine dell'elevata conduttanza in questi fili è fondamentalmente diversa da dispositivi molecolari simili e suggerisce una potenziale strategia per lo sviluppo di fili molecolari "drogati" altamente conduttivi.
Fin dal loro concepimento, i ricercatori hanno cercato di ridurre i dispositivi elettronici a dimensioni senza precedenti, fino al punto di fabbricarli da poche molecole. I fili molecolari sono tra gli elementi costitutivi di tali minuscoli aggeggi, e molti ricercatori hanno sviluppato strategie per sintetizzare altamente conduttivo, fili stabili da molecole accuratamente progettate.
Un team di ricercatori del Tokyo Institute of Technology, compreso Yuya Tanaka, ha progettato un nuovo filo molecolare sotto forma di giunzione elettrodo metallico-molecola-elettrodo metallico (MMM) che include un poliino, una molecola organica a catena, "drogato" con un'unità a base di rutenio Ru(dppe) 2 . Il disegno proposto, presenti nella copertina di Giornale della Società Chimica Americana , si basa sull'ingegneria dei livelli energetici degli orbitali conduttori degli atomi del filo, considerando le caratteristiche degli elettrodi d'oro.
Utilizzando la microscopia a effetto tunnel, il team ha confermato che la conduttanza di questi fili molecolari era uguale o superiore a quella dei fili molecolari organici precedentemente riportati, compresi fili simili "drogati" con unità di ferro. Motivato da questi risultati, i ricercatori hanno poi continuato a indagare sull'origine della conduttanza superiore del filo proposto. Hanno scoperto che le proprietà di conduzione osservate erano fondamentalmente diverse dalle giunzioni MMM simili riportate in precedenza e derivavano dalla scissione orbitale. In altre parole, la scissione orbitale induce cambiamenti negli orbitali elettronici originali degli atomi per definire un nuovo orbitale "ibrido" facilitando il trasferimento di elettroni tra gli elettrodi metallici e le molecole del filo. Secondo Tanaka, "un tale comportamento di scissione orbitale è stato raramente riportato per qualsiasi altra giunzione MMM".
Poiché uno stretto divario tra gli orbitali molecolari occupati più alti (HOMO) e più bassi (LUMO) è un fattore cruciale per migliorare la conduttanza dei fili molecolari, il protocollo di sintesi proposto adotta una nuova tecnica per sfruttare questa conoscenza, come aggiunge Tanaka "Il presente studio rivela una nuova strategia per realizzare fili molecolari con un gap HOMO-LUMO estremamente stretto tramite la formazione di giunzioni MMM".
Questa spiegazione per le proprietà conduttive fondamentalmente diverse dei fili proposti facilita lo sviluppo strategico di nuovi componenti molecolari, che potrebbero essere gli elementi costitutivi dei futuri minuscoli dispositivi elettronici.
