Elektronentransport door een enkel molecuul biedt een veelbelovende nieuwe technologie voor de productie van elektronische chips. Het is echter moeilijk om een ​​goed geleidende verbinding te maken tussen het molecuul en de metalen contacten. Onderzoekers van de Stichting FOM, De TU Delft en de Universiteit Leiden hebben een effect ontdekt dat daarbij een grote rol speelt:de zogenaamde 'beeldladingen' in de metaalcontacten hebben een sterke invloed op het elektronentransport door het molecuul. Hierdoor kan de moleculaire geleiding meerdere ordes van grootte verschillen.

FOM-werkgroepleiders prof.dr. Herre van der Zant en prof.dr. Jan van Ruitenbeek publiceerden deze resultaten op 17 maart met hun team online in het gerenommeerde tijdschrift Natuur Nanotechnologie .

Moleculaire elektronica

Moleculen zijn erg klein en meestal slechts enkele nanometers groot. Een enkel molecuul tussen twee elektroden zou kunnen worden gebruikt als een zeer gevoelige sensor of een extreem kleine transistor. Het probleem bij het ontwikkelen van deze 'moleculaire elektronica' is echter dat het moeilijk is om elektrisch contact te maken met een enkel molecuul. Dit onderzoek heeft geleid tot een beter begrip van het fundamentele fysieke gedrag van afzonderlijke moleculen. Dit heeft geleid tot ideeën om beeldladingen te gebruiken om elektronische moleculaire componenten te realiseren.

Afstemming van energieniveaus

Beeldladingen treden op in een metaal vanwege de nabijheid van lading, zoals die op het enkele molecuul. De beeldladingen in het metaal beïnvloeden op hun beurt de energieniveaus van het molecuul. Het was al bekend dat beeldladingen op deze manier een belangrijke rol spelen bij het ladingstransport door moleculen. De beeldladingen kunnen de uitlijning van de moleculaire energieniveaus sterk verschuiven ten opzichte van de energieniveaus in het metaal. Zo veroorzaken ze een verhoogde of verminderde geleiding. Nu hebben de onderzoekers dit effect voor het eerst systematisch beschreven voor een enkel molecuul.

Combinatie van expertise maakt meten mogelijk

Door hun unieke expertises te combineren, Delftse en Leidse onderzoekers ontwikkelden samen een nieuwe techniek om de moleculaire geleiding te meten. De methode is gebaseerd op de 'mechanisch geleide break junction' techniek, uitgevonden door Van Ruitenbeek. in Delft, de techniek is uitgebreid door deze in een transistor op te nemen. Deze techniek maakt het mogelijk om de afstand tussen de elektroden en dus de nabijheid van het molecuul te variëren, zodat de beeldlading kan worden beïnvloed. Hierdoor kregen de onderzoekers een unieke mechanische en elektrische controle over de energieniveaus van het molecuul. Dat stelde hen in staat om de rol van de beeldladingen experimenteel te bepalen en te kwantificeren.