De vraag van de consument dwingt de elektronica-industrie voortdurend om kleinere apparaten te ontwerpen. Nu hebben onderzoekers van A*STAR een theoretisch model gebruikt om het potentieel te beoordelen van elektrische draden gemaakt van polymeerketens die zouden kunnen helpen bij miniaturisatie.

Aangezien conventionele siliciumgeïntegreerde circuits hun ondergrens bereiken, er zijn nieuwe concepten nodig, zoals moleculaire elektronica:het gebruik van elektronische componenten bestaande uit moleculaire bouwstenen. Shuo-Wang Yang bij A*STAR Institute of High Performance Computing samen met zijn collega's en medewerkers, gebruiken computermodellering om elektrische draden te ontwerpen die zijn gemaakt van polymeerketens.

"Het is al lang een doel om geleidende moleculaire draden te maken op traditionele halfgeleider- of isolatorsubstraten om te voldoen aan de voortdurende vraag naar miniaturisatie in elektronische apparaten, " legt Yang uit.

Er is vertraging opgetreden bij het identificeren van moleculen die zowel elektriciteit geleiden als binden aan substraten. "Structuren met functionele groepen die sterke oppervlakteadsorptie mogelijk maken, vertonen doorgaans een slechte elektrische geleidbaarheid, omdat ladingsdragers de neiging hebben zich bij deze groepen te lokaliseren, " hij voegt toe.

Het team van Yang paste de dichtheidsfunctionaaltheorie toe op een tweestapsbenadering voor het synthetiseren van lineaire polymeerketens op een siliciumoppervlak1, 2. "Deze theorie is de beste simulatiemethode om het mechanisme achter chemische reacties op atomair en elektronisch niveau bloot te leggen. Het kan worden gebruikt om de reactiepaden te voorspellen om onderzoekers te begeleiden, " zegt Yang.

De eerste stap is de zelf-geassembleerde groei van enkele monomeren op het siliciumoppervlak. Yang's team bestudeerde verschillende potentiële monomeren, waaronder:meest recent, een thiofeen-gesubstitueerd alkeen1 en een symmetrische benzeenring met drie alkynen eraan gehecht2. De tweede stap is de polymerisatie van de gebonden monomeren door een radicaal aan het systeem toe te voegen.

Volgens de berekeningen is deze gebonden polymeren zijn halfgeleiders in hun natuurlijke staat. "We hebben gaten geïntroduceerd, zoals atoomdefecten, naar de draden om de Fermi-niveaus te verschuiven en geleidend te maken, ' legt Yang uit.

Het team bestudeerde vervolgens de elektronenbandstructuren van elke component voor en na tethering en polymerisatie; het vinden van weinig ladingsoverdracht tussen de moleculaire draden en de siliciumoppervlakken. "De aan het oppervlak geënte polymeren en onderliggende substraten lijken onafhankelijk van elkaar, wat een ideaal model is van een geleidende moleculaire draad op een traditioneel halfgeleidersubstraat, " zegt Yang.

"Onze bevinding biedt een theoretische gids voor het fabriceren van ideale moleculaire draden op traditionele halfgeleidende oppervlakken, " voegt hij eraan toe. Het team is van plan hun werk uit te breiden om 2D-analogen van deze 1D-polymeerketens te bestuderen die zouden kunnen werken als een metalen laag in moleculaire elektronische apparaten.