Le visioni su ciò che possiamo fare con l'elettronica del futuro dipendono dalla ricerca di modi per andare oltre le capacità dei conduttori di silicio. Si pensa che il campo sperimentale dell'elettronica molecolare rappresenti una via da seguire, e il lavoro recente al KTH potrebbe consentire la produzione scalabile degli elettrodi su scala nanometrica necessari per esplorare le molecole e sfruttare il loro comportamento come materiali elettronici potenzialmente preziosi.

Un team del Dipartimento di micro e nanosistemi del KTH ha recentemente testato una tecnica per formare milioni di giunzioni molecolari su scala nanometrica vitali:coppie di elettrodi estremamente piccole con uno spazio di dimensioni nanometriche tra loro, dove le molecole possono essere intrappolate e sondate. I risultati sono stati pubblicati in Comunicazioni sulla natura .

I ricercatori del KTH hanno riferito che con un wafer di 100 mm di diametro di materiali sottili, possono produrre fino a 20 milioni di tali elettrodi in cinque ore, utilizzando un film d'oro sopra un materiale fragile che forma crepe. Inoltre, lavorando con il Van der Zant Lab alla TU Delft, il team ha intrappolato e studiato una molecola di riferimento ampiamente utilizzata nello spazio nanometrico tra gli elettrodi per garantire che il metodo di fabbricazione non ostacolasse la formazione di giunzioni molecolari.

Shyamprasad Natarajan Raja, uno dei coautori, afferma che questo metodo di "giunzione di rottura definita da fessura" offre una svolta all'impasse della produzione scalabile di strutture che un giorno potrebbero consentire dispositivi elettronici costituiti da singole molecole.

La chiave è produrre vuoti che consentano un fenomeno chiamato tunneling, in cui gli elettroni superano l'interruzione in un circuito. Una giunzione di rottura ha uno spazio vuoto delle dimensioni di pochi atomi, che interrompe il flusso di elettroni attraverso di essa. Però, perché il divario è così piccolo, gli elettroni con energia sufficiente possono ancora saltare attraverso questa distesa. Gli elettroni tunneling sostengono una corrente piccola ma misurabile che è estremamente sensibile alle dimensioni del gap e alla presenza di nano-oggetti al suo interno.

"Le giunzioni di rottura sono i migliori mezzi disponibili per rendere singole molecole parte di un circuito elettronico più grande in grado di sondare le molecole, " dice Raja. Un giorno potrebbero anche abilitare rilevatori ultrasensibili ad alta velocità utilizzando il tunneling quantistico, lui dice.
Però, le giunzioni di rottura del tunnel vengono prodotte una fessura alla volta, che è stato un grosso ostacolo nello sviluppo di qualsiasi applicazione che coinvolgesse giunzioni di tunnel al di fuori di un laboratorio di ricerca, " dice Raja.

Il metodo inizia con l'uso della fotolitografia per modellare una pila di oro su nitruro di titanio (TiN). Questo stack è impostato su un wafer di silicio, e le strutture dentellate che si formano poi concentrano lo stress. Così, quando viene rimosso il silicio direttamente sotto la pila (un processo chiamato attacco di rilascio), minuscole crepe si formano nelle posizioni predeterminate nel TiN per rilasciare lo stress. Questo a sua volta deforma l'oro, allungandolo in fili atomicamente sottili che attraversano queste crepe, che quando si rompe formano spazi piccoli come una molecola.

Raja afferma che il metodo può essere utilizzato per altri materiali conduttivi, oltre all'oro, che offrono interessanti apparecchiature elettriche, proprietà chimiche e plasmoniche per applicazioni in elettronica molecolare e spintronica, nanoplasmonica e biosensori.