Gli scienziati del Tokyo Institute of Technology e dell'Università di Tsukuba dimostrano che i polimeri potrebbero svolgere un ruolo chiave nella fabbricazione di dispositivi elettronici a molecola singola, permettendoci di spingere i confini della rivoluzione nanoelettronica.

Uno degli aspetti più sorprendenti dei dispositivi elettronici che abbiamo oggi è la loro dimensione e la dimensione dei loro componenti. Superare i limiti di quanto piccolo possa essere realizzato un componente elettronico è uno dei principali temi di ricerca nel campo dell'elettronica in tutto il mondo, e per buoni motivi. Per esempio, l'accurata manipolazione di correnti incredibilmente piccole utilizzando la nanoelettronica potrebbe consentirci non solo di migliorare le attuali limitazioni dell'elettronica, ma anche concedere loro nuove funzionalità.

Così, fino a che punto scende la tana del coniglio nel campo della miniaturizzazione? Un gruppo di ricerca guidato da Tomoaki Nishino, Il professore associato della School of Science presso il Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) sta esplorando le profondità di questo; in altre parole, stanno lavorando su dispositivi a singola molecola. "La miniaturizzazione finale dovrebbe essere realizzata dall'elettronica molecolare, dove una singola molecola viene utilizzata come elemento funzionale, " spiega Nishino.

Però, come ci si aspetterebbe, creare componenti elettronici da una singola molecola non è un compito facile. I dispositivi funzionali costituiti da una singola molecola sono difficili da fabbricare. Per di più, le giunzioni (punti di "contatto elettrico") che le coinvolgono hanno tempi di vita brevi che ne rendono difficoltosa l'applicazione. Sulla base di lavori precedenti, il team di ricerca ha dedotto che una lunga catena di monomeri (molecole singole) per formare polimeri avrebbe prodotto risultati migliori rispetto a molecole più piccole. Per dimostrare questa idea, hanno impiegato una tecnica chiamata microscopia a scansione tunnel (STM), in cui una punta metallica che termina in un singolo atomo viene utilizzata per misurare correnti estremamente piccole e le loro fluttuazioni che si verificano quando la punta crea una giunzione con uno o più atomi sulla superficie bersaglio. Attraverso STM, il team ha creato giunzioni composte dalla punta e da un polimero chiamato poli(vinilpiridina) o dalla sua controparte monomerica, chiamato 4, 4'-trimetilendipiridina, che può essere considerato come uno dei componenti del polimero. Misurando le proprietà conduttive di queste giunzioni, i ricercatori hanno cercato di dimostrare che i polimeri potrebbero essere utili per la fabbricazione di dispositivi a singola molecola.

Però, per svolgere le proprie analisi, il team ha dovuto prima ideare un algoritmo che consentisse loro di estrarre quantità di loro interesse dai segnali attuali misurati dall'STM. In breve, il loro algoritmo ha permesso loro di rilevare e contare automaticamente piccoli plateau nel segnale di corrente misurato nel tempo dalla punta e dalla superficie del bersaglio; i plateau indicavano che era stata creata una giunzione conduttiva stabile tra la punta e una singola molecola sulla superficie.

Utilizzando questo approccio, il team di ricerca ha analizzato i risultati ottenuti per le giunzioni create con il polimero e la sua controparte monomerica. Hanno scoperto che il polimero ha fornito proprietà molto migliori come componente elettronico rispetto al monomero. "Probabilità di formazione di giunzioni, una delle proprietà più importanti per future applicazioni pratiche, era molto più alto per la giunzione polimerica, " afferma Nishino. Inoltre, le vite di queste giunzioni sono risultate essere più elevate, e la corrente che scorre attraverso le giunzioni polimeriche era più stabile e prevedibile (con meno deviazioni) di quella per le giunzioni monomeriche.

I risultati presentati dal team di ricerca rivelano il potenziale dei polimeri come elementi costitutivi per la miniaturizzazione dell'elettronica in futuro. Sono la chiave per spingere i confini dei limiti fisici raggiungibili? Auspicabilmente, il tempo lo dirà presto.