(PhysOrg.com) -- Naarmate elektronica kleiner en kleiner wordt, wordt de noodzaak om verschijnselen op nanoschaal te begrijpen steeds groter. Omdat materialen op nanoschaal andere eigenschappen hebben dan op grotere schaal, nieuwe technieken zijn nodig om deze nieuwe fenomenen te begrijpen en te exploiteren. Een team van onderzoekers onder leiding van Paul Weiss, UCLA's Fred Kavli-leerstoel in NanoSystems Sciences, heeft een tool ontwikkeld om interacties op nanoschaal te bestuderen. Hun apparaat is een dual scanning tunneling en microgolffrequentie-sonde die in staat is om de interacties tussen afzonderlijke moleculen en de oppervlakken waaraan de moleculen zijn bevestigd te meten.

"Onze sonde kan gegevens genereren over de fysieke, chemisch, en elektronische interacties tussen afzonderlijke moleculen en substraten, de contacten waaraan ze zijn gekoppeld. Net als bij halfgeleiderapparaten, contacten zijn hierbij cruciaal, " merkte Weiss op, die UCLA's California NanoSystems Institute leidt en ook een vooraanstaand professor in chemie en biochemie en materiaalwetenschap en -techniek is.

Het team, waaronder ook theoretisch chemicus Mark Ratner van de Northwestern University en synthetisch chemicus James Tour van Rice University, publiceerden hun bevindingen in het peer-reviewed tijdschrift ACS Nano .

De afgelopen 50 jaar, de elektronica-industrie heeft getracht gelijke tred te houden met de wet van Moore, de voorspelling van Gordon E. Moore in 1965 dat de grootte van transistors in geïntegreerde schakelingen ongeveer elke twee jaar zou halveren. Het patroon van consistente afname van de omvang van elektronica nadert het punt waarop transistors op nanoschaal moeten worden gebouwd om gelijke tred te houden. Echter, onderzoekers zijn obstakels tegengekomen bij het maken van apparaten op nanoschaal vanwege de moeilijkheid om verschijnselen op zulke kleine afmetingen waar te nemen.

De verbindingen tussen componenten zijn een essentieel element van elektronica op nanoschaal. In het geval van moleculaire apparaten, polariseerbaarheid meet de mate waarin elektronen van het contact interageren met die van het enkele molecuul. Twee belangrijke aspecten van polariseerbaarheidsmetingen zijn de mogelijkheid om de meting uit te voeren op een oppervlak met een resolutie van subnanometer, en het vermogen om moleculaire schakelaars in zowel de aan- als uit-toestanden te begrijpen en te controleren.

Om de polariseerbaarheid van afzonderlijke moleculen te meten, ontwikkelde het onderzoeksteam een ​​sonde die in staat is om gelijktijdige scanning tunneling microscopie (STM) metingen en microgolf verschil frequentie (MDF) metingen te doen. Met de MDF-mogelijkheden van de sonde, het team was in staat om schakelaars met één molecuul op substraten te lokaliseren, zelfs wanneer de schakelaars in de uit-stand stonden, een sleutelvaardigheid die ontbreekt in eerdere technieken. Nadat het team de schakelaars had gevonden, ze zouden de STM kunnen gebruiken om de toestand aan of uit te zetten en om de interacties in elke toestand tussen de schakelaars van één molecuul en het substraat te meten.

De nieuwe informatie die door de sonde van het team wordt verstrekt, richt zich op wat de grenzen van elektronica zullen zijn, in plaats van zich te richten op apparaten voor productie. Ook, omdat de sonde in staat is tot een breed scala aan metingen - inclusief fysieke, chemisch en elektronisch - het zou onderzoekers in staat kunnen stellen submoleculaire structuren in complexe biomoleculen en assemblages te identificeren.