Wanneer edele metalen, zoals goud, worden behandeld met een alifatische thiol, zoals alkaanthiol, een uniforme monolaag - een laag die slechts één molecuul diep is - assembleert zichzelf op het oppervlak. Elk afzonderlijk molecuul kan elektronen geleiden. Dit fenomeen is interessant omdat de geleidende moleculen unieke kwantumeigenschappen produceren die mogelijk nuttig kunnen zijn in elektronica zoals transistors, supergeleidende schakelaars en gassensoren.

Pogingen om de stroom door dit dunne laagje moleculen te meten hebben uiteenlopende resultaten opgeleverd. Onderzoekers van de universiteit van Aix-Marseille in Frankrijk ontwikkelden een nieuwe, stabiele mechanische opstelling om geleiding over individuele moleculen met meer succes te meten. De resultaten worden gepubliceerd in de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde , van AIP Publishing.

"Dit is echt een fundamentele studie over het gedrag van een of enkele moleculen, " zei Hubert Klein, assistent-professor aan de universiteit van Aix-Marseille en een co-auteur van het papier. "De resultaten bieden een aantal frisse ideeën voor mensen die geïnteresseerd zijn in de toepassingen ervan in elektronische apparaten."

Eerdere studies onderzochten Scanning Tunneling Microscopy en Break Junction-technieken om elektrische geleiding door individuele moleculen te meten. Deze eerdere studies benadrukten het belang van temperatuur op geleiding over de moleculaire laag. Vanwege beperkingen in experimentele omstandigheden, de resultaten van beide technieken gaven een grote spreiding in de gemeten stroom.

Klein en zijn team ontwikkelden een nieuwe techniek die voortbouwt op deze observatie. Hun mechanische opstelling bestaat uit een gekerfde met alkaanthiol behandelde gouddraad bevestigd aan een fosforbronzen buigplaat. Op kamertemperatuur, de moleculen organiseren zichzelf op de gouddraad.

Volgens Klein, het ontwerp voor deze studie was het resultaat van een eerder project dat een picometerresolutie produceerde en een stabiele opstelling vereiste om ervoor te zorgen dat elektroden niet bij kamertemperatuur afdreven. Tegelijkertijd, hij vervolgde zijn onderzoek naar waarnemingen van enkelvoudige moleculen met behulp van nabije-veldmicroscopietechnieken.

"We hadden dus natuurlijk het idee om ons nieuwe aangepaste apparaat toe te passen op vragen over geleiding van één molecuul, ' zei Klein.

Met behulp van deze nieuwe opstelling, het team was in staat om de spontane evolutie van stroom te meten bij de inkeping langs de gouddraad tussen twee metalen elektroden. Het team bepaalde de geleiding over een individueel molecuul door stroomsprongen te meten van de spontane verbinding en ontkoppeling van moleculen in contact met de elektroden. Temperatuur dreef "temporele evolutie" wanneer mechanische spanning niet op het molecuul inwerkte.

De onderzoekers erkennen dat het mechanische ontwerp in deze studie niet noodzakelijk haalbaar is onder standaard laboratoriumomstandigheden. Echter, de stabiliteit van deze nieuwe aanpak opent mogelijkheden voor nieuwe studies over nanocontacten, en de dynamiek en het transport van moleculen bij kamertemperatuur.

"Het is opwindend om te zien dat we toegang hebben tot het gedrag van individuele nanometrische objecten bij kamertemperatuur, "Zei Klein. "Het is een grote beloning om de inspanningen van je intuïtie werkelijkheid te zien worden."