La conduttività del grafene lo ha reso un obiettivo per molti ricercatori che cercano di sfruttarlo per creare dispositivi su scala molecolare e ora un team di ricerca guidato congiuntamente dall'Università di Warwick e dall'EMPA ha trovato un modo per superare un frustrante problema di stabilità e riproducibilità che significava che le giunzioni a base di grafene erano o meccanicamente stabili o elettricamente stabili ma non entrambe allo stesso tempo.

Il grafene e le molecole simili al grafene sono una scelta interessante come componente elettronico nei dispositivi molecolari, ma fino ad ora si è dimostrato molto difficile utilizzarli nella produzione su larga scala di dispositivi molecolari che funzioneranno e saranno robusti a temperatura ambiente. In uno sforzo congiunto gruppi di ricerca dell'Università di Warwick, L'EMPA e le università di Lancaster e Berna hanno raggiunto la stabilità sia elettrica che meccanica nelle giunzioni a base di grafene milioni di volte più piccole del diametro dei capelli umani. Hanno pubblicato oggi le loro scoperte in un articolo intitolato "Robust grafene-based Molecular Devices" sulla rivista Nanotecnologia della natura .

Strutture semplici meccanicamente stabili come molecole simili al grafene sono facili da produrre mediante sintesi chimica, ma a questa scala molto ridotta sono soggette a una serie di limiti quando vengono poste in una giunzione per formare un dispositivo elettronico, come le variazioni nell'interfaccia dell'elettrodo della molecola. I ricercatori superano questi limiti separando i requisiti per la stabilità meccanica ed elettronica a livello molecolare.

Hanno prodotto una struttura elettricamente efficace costruendo una pila di molecole simili al grafene per formare un percorso di elettroni attraverso gli orbitali P di molecole simili al grafene (queste sono nuvole di elettroni a forma di manubrio all'interno delle quali può essere trovato un elettrone, entro un certo grado di probabilità) Ciò aprirebbe nuove strade per utilizzare proprietà molecolari affascinanti come l'interferenza quantistica che si verifica su una scala così piccola, purché si ottengano strutture sufficientemente robuste e meccaniche. Per questo, il team di ricerca ha anche creato legami tra ciascuna molecola e un substrato di ossido di silicio. Ciò ha conferito alla struttura una significativa stabilità meccanica ancorando efficacemente la pila di molecole simili al grafene al substrato mediante una reazione di silanizzazione. Ciò è illustrato nello schema semplificato che accompagna questo comunicato stampa.

Il Dr. Hatef Sadeghi della School of Engineering dell'Università di Warwick, che ha guidato la modellazione teorica di questo lavoro, ha dichiarato:

"Questo metodo ci ha permesso di progettare e produrre dispositivi molecolari a base di grafene che sono elettronicamente e meccanicamente stabili in un ampio intervallo di temperature. Ciò è stato ottenuto disaccoppiando l'ancoraggio meccanico dai percorsi elettronici combinando un legame covalente delle molecole al substrato e grandi gruppi di teste -coniugate.

"Le giunzioni erano riproducibili su diversi dispositivi e funzionavano da 20 Kelvin fino a temperatura ambiente. Il nostro approccio rappresenta una strategia semplice ma potente per la futura integrazione di funzioni basate su molecole in dispositivi nanoelettronici stabili e controllabili".