Uno studio sperimentale della Monash University ha fabbricato un auto-assemblato, nanofilm a base di carbonio in cui lo stato di carica (cioè, elettronicamente neutri o positivi) possono essere controllati a livello delle singole molecole, su una scala di lunghezza di circa un nanometro.

Il nanofilm atomicamente sottile è costituito da una matrice ordinata bidimensionale (2-D) di molecole che si comportano come entità "zero dimensionali" chiamate punti quantici (QD).

Questo sistema ha interessanti implicazioni per campi come la memoria del computer, dispositivi emettitori di luce e calcolo quantistico.

Lo studio della Scuola di Fisica e Astronomia mostra che un singolo componente, la matrice 2-D autoassemblata della molecola organica (a base di carbonio) dicianoantracene può essere sintetizzata su un metallo, tale che lo stato di carica di ciascuna molecola può essere controllato individualmente tramite un campo elettrico applicato.

"Questa scoperta consentirebbe la fabbricazione di array 2-D di punti quantici indirizzabili individualmente (commutabili) dal basso verso l'alto, tramite autoassemblaggio, dice l'autore principale Dhaneesh Kumar.

"Saremmo in grado di raggiungere densità decine di volte superiori a quelle dello stato dell'arte, sistemi inorganici sintetizzati dall'alto verso il basso."

Punti quantici:minuscoli, centrali elettriche "zero-dimensionali"

I punti quantici sono estremamente piccoli, circa un nanometro di diametro (cioè, un milionesimo di millimetro).

Poiché la loro dimensione è simile alla lunghezza d'onda degli elettroni, le loro proprietà elettroniche sono radicalmente diverse dai materiali convenzionali.

Nei punti quantici, il movimento degli elettroni è vincolato da questa scala estremamente piccola, con conseguente discreti livelli di energia quantistica elettronica.

Effettivamente, si comportano come oggetti "zero-dimensionali" (0D), dove il grado di occupazione (pieno o vuoto) dei loro stati elettronici quantizzati determina la carica (in questo studio, neutro o negativo) del punto quantico.

Matrici ordinate di punti quantici controllabili dalla carica possono trovare applicazione nella memoria di calcolo così come nei dispositivi che emettono luce (ad es. schermi TV o smartphone a basso consumo energetico).

Gli array di punti quantici vengono convenzionalmente sintetizzati da materiali inorganici tramite approcci di fabbricazione dall'alto verso il basso. Però, utilizzando tali approcci "top-down", può essere difficile ottenere array con grandi densità e alta omogeneità (in termini di dimensione e spaziatura dei punti quantici).

A causa della loro accordabilità e capacità di autoassemblaggio, l'utilizzo di molecole organiche (a base di carbonio) come elementi costitutivi di dimensioni nanometriche può essere particolarmente utile per la fabbricazione di nanomateriali funzionali, in particolare insiemi scalabili ben definiti di punti quantici.

Lo studio

I ricercatori hanno sintetizzato un sistema omogeneo, monocomponente, array 2-D autoassemblato della molecola organica dicianoantracene (DCA) su una superficie metallica.

Lo studio è stato condotto dalla Facoltà di Scienze della Monash University, con il supporto della teoria della Facoltà di Ingegneria di Monash.

Queste proprietà strutturali ed elettroniche su scala atomica di questo array su scala nanometrica sono state studiate sperimentalmente tramite microscopia a effetto tunnel a scansione a bassa temperatura (STM) e microscopia a forza atomica (AFM) (Scuola di Fisica e Astronomia, sotto il dott. Agustin Schiffrin). Gli studi teorici che utilizzano la teoria del funzionale della densità hanno supportato i risultati sperimentali (Dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali, sotto A/Prof Nikhil Medhekar).

I ricercatori hanno scoperto che la carica delle singole molecole DCA nell'array 2-D autoassemblato può essere controllata (commutata da neutro a negativo e viceversa) da un campo elettrico applicato. Questo controllo del campo elettrico dello stato di carica è reso possibile da un'efficace barriera tunneling tra molecola e superficie (risultante da interazioni limitate metallo-adsorbato) e da una significativa affinità elettronica DCA.

Impercettibile, è stato scoperto che le variazioni dipendenti dal sito della geometria di adsorbimento molecolare danno luogo a variazioni significative nella suscettibilità alla carica indotta dal campo elettrico.

"Controllo del campo elettrico dello stato di carica molecolare in un nanoarray organico 2-D a componente singolo" è stato pubblicato in ACS Nano .