Een onderzoeksteam onder leiding van natuurkundigen van de Technische Universiteit van München (TUM) heeft moleculaire nanoschakelaars ontwikkeld die kunnen worden geschakeld tussen twee structureel verschillende toestanden met behulp van een aangelegde spanning. Deze kunnen dienen als basis voor een baanbrekende klasse van apparaten die op silicium gebaseerde componenten kunnen vervangen door organische moleculen.

De ontwikkeling van nieuwe elektronische technologieën drijft de onophoudelijke vermindering van functionele componentgroottes aan. In het kader van een internationale samenwerking, een team van natuurkundigen van de Technische Universiteit van München heeft met succes een enkel molecuul ingezet als schakelelement voor lichtsignalen.

"Schakelen met slechts één molecuul brengt toekomstige elektronica een stap dichter bij de ultieme limiet van miniaturisatie, ", zegt nanowetenschapper Joachim Reichert van de afdeling Natuurkunde van de Technische Universiteit van München.

Verschillende structuur - verschillende optische eigenschappen

Het team ontwikkelde aanvankelijk een methode waarmee ze precieze elektrische contacten konden maken met moleculen in sterke optische velden en deze konden besturen met een aangelegde spanning. Bij een potentiaalverschil van ongeveer een volt, het molecuul verandert van structuur:het wordt plat, geleidend en verstrooit licht.

Dit optische gedrag, die verschilt afhankelijk van de structuur van het molecuul, is best spannend voor de onderzoekers omdat de verstrooiingsactiviteit - Raman-verstrooiing, in dit geval kan zowel worden waargenomen als, tegelijkertijd, in- en uitgeschakeld via een aangelegde spanning.

Uitdagende technologie

De onderzoekers gebruikten moleculen die zijn gesynthetiseerd door teams in Basel en Karlsruhe. De moleculen kunnen hun structuur op specifieke manieren veranderen wanneer ze worden opgeladen. Ze zijn gerangschikt op een metalen oppervlak en worden gecontacteerd met behulp van de hoek van een glasfragment met een zeer dunne metalen coating als punt.

Dit dient als elektrisch contact, lichtbron en lichtcollector, alles in een. De onderzoekers gebruikten het fragment om laserlicht op het molecuul te richten en minuscule spectroscopische signalen te meten die variëren met de aangelegde spanning.

Elektrisch contact maken met individuele moleculen is technisch gezien een grote uitdaging. De wetenschappers hebben deze procedure nu met succes gecombineerd met spectroscopie met één molecuul, waardoor ze zelfs de kleinste structurele veranderingen in moleculen met grote precisie kunnen waarnemen.

Concurrentie om Silicium

Een van de doelen van moleculaire elektronica is het ontwikkelen van nieuwe apparaten die traditionele, op silicium gebaseerde componenten kunnen vervangen met behulp van geïntegreerde en direct bestuurbare moleculen.

Dankzij de kleine afmetingen, dit nanosysteem is geschikt voor toepassingen in de opto-elektronica, waarin licht moet worden geschakeld met behulp van variaties in elektrische potentiaal.