Elektronische apparaten worden steeds kleiner. Vroege computers vulden hele kamers. Tegenwoordig kun je er een in de palm van je hand houden. Nu tilt het gebied van moleculaire elektronica miniaturisatie naar een hoger niveau. Onderzoekers maken elektronische componenten die zo klein zijn dat ze niet met het blote oog kunnen worden gezien.

Moleculaire elektronica is een tak van nanotechnologie die gebruikmaakt van afzonderlijke moleculen, of verzamelingen van moleculen op nanoschaal, als elektronische componenten. Het doel is om miniatuurcomputers te maken, bulkmaterialen vervangen door moleculaire blokken.

Bijvoorbeeld, van metaalatomen kunnen 'moleculaire draden' op nanoschaal worden gemaakt. Ook bekend als Extended Metal Atom Chains (EMAC's), moleculaire draden zijn eendimensionale ketens van enkele metaalatomen die zijn verbonden met een organisch molecuul, een ligand genoemd, dat als ondersteuning fungeert. Moleculaire draadachtige verbindingen hebben een breed scala aan mogelijke toepassingen, van LED-verlichting tot katalysatoren.

Onderzoekers van de Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) hebben een eenvoudige manier gevonden om moleculaire koperdraden van verschillende lengtes te maken door koperatomen één voor één toe te voegen of te verwijderen. "Dit is het eerste voorbeeld van een moleculaire koperdraad die stapsgewijs wordt gevormd, atoom-voor-atoom proces, " zegt Julia Khusnutdinova, hoofd van de OIST Coördinatie Chemie en Katalyse Eenheid. "Onze methode is te vergelijken met Lego-constructie waarbij je één steen tegelijk toevoegt, " ze zegt.

Moleculaire draden kunnen variëren in lengte, met verschillende lengtes met verschillende moleculaire eigenschappen en praktische toepassingen. Momenteel, de langste EMAC die in de literatuur wordt vermeld, is gebaseerd op nikkel en bevat 11 metaalatomen in een enkele lineaire keten.

Het maken van moleculaire draden van verschillende lengtes is moeilijk omdat het elke keer een specifiek ligand vereist dat moet worden gesynthetiseerd. het ligand, die kan worden gezien als een 'isolator' naar analogie van de macrowereld, helpt de draden te vormen door de metaalatomen bij elkaar te brengen en ze uit te lijnen tot een lineaire reeks. Echter, het creëren van liganden van verschillende lengtes kan een uitgebreid en gecompliceerd proces zijn.

De OIST-onderzoekers hebben een nieuwe manier gevonden om dit probleem op te lossen. "We hebben een enkele dynamische ligand gemaakt die kan worden gebruikt om meerdere ketenlengtes te synthetiseren, " zegt Dr. Orestes Rivada-Wheelaghan, eerste auteur van het artikel. "Dit is veel efficiënter dan elke keer een nieuw ligand maken, " hij zegt.

In hun krant gepubliceerd in Internationale editie van Angewandte Chemie , de onderzoekers beschrijven hun nieuwe stapsgewijze methode om koperen moleculaire draden te maken. "Het ligand gaat aan het ene uiteinde open om een ​​metaalatoom binnen te laten en, als de ketting zich uitbreidt, het ligand ondergaat een glijdende beweging langs de ketting om meer metaalatomen op te nemen, " zegt Prof. Khusnutdinova. "Dit kan worden vergeleken met een moleculaire accordeon die kan worden verlengd en verkort, " zegt Rivada-Wheelaghan. Door op deze manier één voor één koperatomen toe te voegen of te verwijderen, de onderzoekers kunnen moleculaire draden van verschillende lengtes construeren, variërend van 1 tot 4 koperatomen.

Dit dynamische ligand biedt scheikundigen een nieuwe manier om moleculen met specifieke vormen en eigenschappen te synthetiseren, het creëren van potentieel voor vele praktische toepassingen in de micro-elektronica en daarbuiten.

"De volgende stap is het ontwikkelen van dynamische liganden die kunnen worden gebruikt om moleculaire draden te maken die zijn gemaakt van andere metalen, of een combinatie van verschillende metalen, " zegt Dr. Rivada-Wheelaghan. "Bijvoorbeeld, door selectief koperatomen aan de uiteinden van de keten in te voegen, en het gebruik van een ander type metaal in het midden van de ketting, we zouden nieuwe verbindingen kunnen maken met interessante elektronische eigenschappen, " zegt prof. Khusnutdinova.