Fig. 1:(Sinistra) Strutture chimiche di fili molecolari completamente isolati derivati da oligotiofene con scale di lunghezza nanometriche. La figura in alto mostra la conformazione piatta, mentre la figura in basso mostra la forma ritorta. (A destra) Risultati delle misurazioni della conduttanza di singole molecole, in cui la conducibilità è tracciata in funzione della lunghezza dell'oligomero. Il crossover dal regime di tunneling al regime di hopping avviene a una lunghezza di catena più corta nei nanofili piatti a causa della loro maggiore conduttività.
Un team dell'Università di Osaka ha creato nanofili a molecola singola, completo di strato isolante, fino a 10 nanometri di lunghezza. Quando hanno misurato le proprietà elettriche di questi nanofili, i ricercatori hanno scoperto che forzare le catene a forma di nastro ad essere piatte ha migliorato significativamente la loro conduttività rispetto a una conformazione attorcigliata. I risultati potrebbero consentire una nuova generazione di dispositivi ad alta tecnologia poco costosi, compresi gli schermi degli smartphone e il fotovoltaico.
Polimeri a base di carbonio, che sono lunghe catene molecolari fatte di unità ripetitive, si possono trovare ovunque, dalla gomma delle suole delle scarpe alle proteine che compongono il tuo corpo. Pensavamo che queste molecole non potessero condurre elettricità, ma tutto è cambiato con la scoperta dei polimeri conduttori. Questi sono un piccolo sottoinsieme di molecole a base di carbonio che possono agire come minuscoli fili a causa dei loro legami chimici alternati singoli e doppi, detti anche legami coniugati. Poiché i conduttori a base di carbonio sono molto più facili ed economici da realizzare e personalizzare rispetto all'elettronica convenzionale, hanno visto una rapida adozione nei televisori OLED, schermi dell'iPhone, e pannelli solari, riducendo drasticamente il loro costo.
Ora, ricercatori dell'Università di Osaka hanno sintetizzato catene di oligotiofene di varie lunghezze, con un massimo di 24 unità ripetute. Ciò significa che i singoli nanofili potrebbero essere lunghi fino a 10 nanometri. L'isolamento dei fili era necessario per evitare correnti tra i fili, in modo che la conduttività intrinseca di una singola molecola potesse essere misurata con precisione. In base alle regole della meccanica quantistica, gli elettroni nelle molecole si comportano più come onde sparse che come particelle localizzate. I legami sovrapposti nell'oligotiofene consentono agli elettroni di essere completamente distribuiti sulla catena polimerica, in modo che possano facilmente attraversare la molecola per creare una corrente elettrica.
Questo trasporto di carica può avvenire in due modi molto diversi. "Su brevi distanze, gli elettroni si affidano alla loro natura ondulatoria per "tunnel" direttamente attraverso le barriere, ma su lunghe distanze, saltano da un sito all'altro per raggiungere la loro destinazione, " ha spiegato il primo autore Dr. Yutaka Ie. Il team dell'Università di Osaka ha scoperto che cambiare la catena dell'oligotiofene da attorcigliata a piatta ha portato a una sovrapposizione molto maggiore della spina dorsale coniugata dell'oligotiofene, che a sua volta significava una conduttività complessiva maggiore. Di conseguenza, il passaggio dal tunneling alla conduzione hopping è avvenuto con catene piatte a lunghezze di catena più corte, rispetto a quelli con la conformazione contorta.
I ricercatori ritengono che questo lavoro possa aprire un mondo completamente nuovo di dispositivi. "Questo studio dimostra che i nostri nanofili isolati hanno il potenziale per essere utilizzati in una nuova elettronica a "singola molecola", " ha detto l'autore principale Dr. Yoshio Aso. Il lavoro è pubblicato nel Journal of Physical Chemistry Letters come "Oligotiofeni altamente planari e completamente isolati:effetti della -coniugazione sul trasporto di cariche saltellanti".
