Wetenschappers worden geconfronteerd met een aantal barrières als ze proberen circuits te ontwikkelen die microscopisch klein zijn, inclusief hoe u op betrouwbare wijze de stroom kunt regelen die door een circuit vloeit dat de breedte heeft van een enkel molecuul.

Alexander Sjestopalov, een assistent-professor chemische technologie aan de Universiteit van Rochester, heeft precies dat gedaan, waardoor we een stap dichter bij circuits op nanoschaal komen.

"Tot nu, wetenschappers zijn niet in staat geweest om op betrouwbare wijze een lading van het ene molecuul naar het andere te leiden, " zei Shestopalov. "Maar dat is precies wat we moeten doen als we werken met elektronische circuits die een of twee moleculen dun zijn."

Shestopalov werkte met een OLED (organic light-emitting diode) aangedreven door een microscopisch kleine, eenvoudige schakeling waarin hij een dunne laag organisch materiaal van één molecuul verbond tussen positieve en negatieve elektroden. Recente onderzoekspublicaties hebben aangetoond dat het moeilijk is om de stroom die door het circuit van de ene elektrode naar de andere gaat in zo'n dun circuit te regelen. Zoals Shestopalov uitlegt in een paper gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde materiaalinterfaces , de sleutel was het toevoegen van een tweede, inerte laag moleculen.

De inerte of niet-reactieve laag bestaat uit een rechte keten van organische moleculen. Bovenop werkt een laag aromatische - of ringvormige - moleculen als een draad die de elektronische lading geleidt. De inerte laag, in werkelijkheid, werkt als de plastic behuizing van elektrische draden door de stroomvoerende draden te isoleren en te scheiden van de omgeving. Omdat de onderste laag niet kan reageren met de overlappende laag, de elektronische eigenschappen van het onderdeel worden uitsluitend binnen de toplaag bepaald.

De dubbellaagse opstelling gaf Shestopalov ook de mogelijkheid om zijn controle over de ladingsoverdracht te verfijnen. Door de functionele groepen te veranderen - eenheden van atomen die waterstof in moleculen vervangen en de karakteristieke chemische reactiviteit van een molecuul bepalen - kon hij nauwkeuriger de snelheid beïnvloeden waarmee de stroom tussen de elektroden en de bovenste laag organische moleculen bewoog.

In moleculaire elektronische apparaten, sommige functionele groepen versnellen de ladingsoverdracht, terwijl anderen het vertragen. Door de inerte laag van moleculen op te nemen, Shestopalov was in staat om eventuele interferentie met de toplaag te verminderen en, als resultaat, bereik de precieze ladingsoverdracht die nodig is in een apparaat door de functionele groep te veranderen.

Bijvoorbeeld, een OLED heeft mogelijk een snellere ladingsoverdracht nodig om een ​​specifieke luminescentie te behouden, terwijl een biomedisch injectieapparaat een langzamere snelheid kan vereisen voor delicate of variabele procedures.

Terwijl Shestopalov een belangrijk obstakel overwon, er moet nog veel werk worden verzet voordat tweelaagse moleculaire elektronische apparaten praktisch worden. Het volgende obstakel is duurzaamheid.

"Het systeem dat we hebben ontwikkeld, degradeert snel bij hoge temperaturen, " zei Shestopalov. "Wat we nodig hebben, zijn apparaten die jaren meegaan, en dat zal tijd kosten om te realiseren.