Onderzoekers van de Technische Universiteit Delft, De Rijksuniversiteit Groningen en Stichting FOM hebben één molecuul ontworpen dat als bruikbare bouwsteen kan dienen in circuits ter grootte van nanometers. Ze ontdekten dat het molecuul functioneert als een resonant tunnelapparaat, een essentieel onderdeel van mobiele telefoons en wifi. In conventionele halfgeleidertechnologie, deze apparaten hebben een gecompliceerd ontwerp dat bestaat uit meerdere lagen van verschillende materialen. Het is voor het eerst dat een dergelijk apparaat op de kleinst denkbare schaal is gerealiseerd, daarmee een interessante optie binnen de voortgaande schaalverkleining van elektronische componenten door de conventionele industrie. De resultaten worden deze week online gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie .

Moleculaire elektronica

Moleculen hebben een typische grootte van enkele nanometers, waardoor ze de ultieme limiet zijn voor het verkleinen van hedendaagse elektronische componenten, zoals diodes, transistoren, en zogenaamde resonante tunneling apparaten. Radiofrequente elektronica, zoals bijvoorbeeld gebruikt in mobiele telefoons en WiFi, vertrouwen op het gebruik van resonante tunneling-apparaten. Deze apparaten vertonen een negatieve differentiële geleiding, wat betekent dat een toename van de spanning over het apparaat resulteert in een verminderen in elektrische stroom er doorheen. Dit effect kan worden gebruikt om elektrische signalen te versterken.

Trekken

De negatieve differentiële conductantie gemeten in het enkele molecuul dat door de onderzoeksteams in Delft en Groningen wordt overwogen, was zeer prominent en afstembaar door het molecuul mechanisch te manipuleren. De mate van buiging van het molecuul kan worden gevarieerd door eraan te trekken door de afstand tussen de elektroden waaraan het molecuul is bevestigd aan te passen (zie GIF-bestand).

Ontwerpregels

Uit deze waarnemingen werden nieuwe ontwerpregels afgeleid voor het implementeren van complexe elektronische functionaliteiten in afzonderlijke moleculen. Als resultaat, de onderzoekers waren in staat om het kleinste bekende resonante tunnelingapparaat aan te tonen met een uitgesproken negatieve differentiële geleiding. Bovendien, de resultaten maken de weg vrij voor het ontwerp van een efficiënte gelijkrichter met één molecuul (die wisselstroom omzet in gelijkstroom). Het kan worden gebouwd op basis van hetzelfde resonantietunnelprincipe.

Dit onderzoek is uitgevoerd met financiële steun van de Stichting FOM, NWO/OCW, en het Europese KP7-kaderprogramma.