Het vinden van de beste materialen voor de elektronica van morgen is het doel van professor Emanuele Orgiu van het Institut national de la recherche scientifique (INRS). Onder de materialen waarin professor Orgiu geïnteresseerd is, zijn er enkele gemaakt van moleculen die elektriciteit kunnen geleiden. Hij heeft de rol aangetoond die moleculaire trillingen spelen op de geleidbaarheid van elektronen in kristallen van dergelijke materialen. Deze bevindingen hebben toepassingen in de elektronica, energie- en informatieopslag. De studie, uitgevoerd in samenwerking met een team van het INRS en de Universiteit van Straatsburg (Frankrijk), werd gepubliceerd in Geavanceerde materialen .

De wetenschappers waren geïnteresseerd in het observeren van de relatie tussen de structuur van materialen en hun vermogen om elektriciteit te geleiden. Hiertoe, ze maten de voortplantingssnelheid van elektronen in kristallen gevormd door deze moleculen. In hun studie hebben de auteurs vergeleken twee peryleendiimidederivaten, die halfgeleidende moleculen zijn die van belang zijn vanwege hun gebruik op flexibele apparaten, slimme kleding of opvouwbare elektronica. De twee verbindingen die in het onderzoek zijn opgenomen, hebben een vergelijkbare chemische structuur, maar hadden zeer verschillende geleidingseigenschappen.

De onderzoeksgroep kon vaststellen dat de verschillende moleculaire trillingen waaruit het materiaal bestaat, verantwoordelijk waren voor het verschillende elektrische gedrag dat in apparaten werd waargenomen. "Om een ​​stroom door een materiaal te laten vloeien, elektronen moeten van het ene molecuul naar het naburige 'springen'. Afhankelijk van het bewegingsniveau van de moleculen, die afhangt van de amplitude en energie van de gerelateerde trillingen (de zogenaamde fononen), de elektronen kunnen zich min of meer gemakkelijk door het materiaal verplaatsen, " legt professor Orgiu uit, wiens onderzoeksteam als eerste aantoont welke trillingen de grootste invloed hebben op elektronenstromen.

Een ad-hoc moleculair ontwerp om elektronen sneller te laten reizen

Deze doorbraak maakt de weg vrij voor de ontwikkeling van nog efficiëntere materialen voor elektronica. "Door te weten met welk type trillingen ladingen gemakkelijker kunnen bewegen, we bieden chemici een formule om de juiste materialen te synthetiseren, in plaats van blindelings naar binnen te gaan, ", legt Marc-Antoine Stoeckel uit. Dit onderzoek opent nieuwe toepassingen die met silicium niet mogelijk waren, het meest gebruikte materiaal in de elektronica, inclusief computers.

Professor Orgiu werkte samen met INRS Professor Luca Razzari om de trillingen van de moleculen te meten. De twee onderzoekers werken nu aan een nieuwe spectroscopische techniek waarmee ze de trillingen kunnen visualiseren als er elektronen aanwezig zijn. Hierdoor kunnen ze zien of ladingen moleculaire trillingen beïnvloeden.