Als onderzoekers dromen over de elektronica van de toekomst, ze dromen er min of meer van om vloeistoffen in een beker te gieten, ze door elkaar roeren en een computer op tafel decanteren. Dit onderzoeksgebied staat bekend als zelfassemblerende moleculaire elektronica. Maar, chemische stoffen zichzelf laten assembleren tot elektronische componenten is net zo ingewikkeld als het klinkt. Nutsvoorzieningen, een groep onderzoekers heeft hun doorbraak binnen het vakgebied gepubliceerd. De groep bestaat uit eerstejaars nanoscience-studenten van de Universiteit van Kopenhagen.

Thomas Just Sørensen, een universitair hoofddocent aan de Universiteit van Kopenhagen, leidde het onderzoeksproject. Het groepsresultaat is gepubliceerd in het internationaal erkende tijdschrift ChemNanoMat in een artikel getiteld, "Template-Guided Ionische zelf-geassembleerde moleculaire materialen en dunne films met nanoscopische Order". Sørensen gelooft dat het resultaat nieuwe doorbraken zal opleveren:

"Dit is een duidelijke stap voorwaarts naar zelfassemblerende elektronica. Door oplossingen van de juiste stoffen te mengen, we bouwden automatisch structuren die in principe zonnecellen of transistors hadden kunnen zijn. Wat is meer, is dat ze op dezelfde manier zijn gebouwd als de natuur dingen bouwt als celmembranen, ", zegt Sørensen.

Sørensens co-auteurs zijn het hele eerste jaar van nanowetenschappenstudenten van de Universiteit van Kopenhagen. Deze indrukwekkende prestatie is het resultaat van een herstructurering van het nanowetenschapsprogramma in 2010, van een programma gestructureerd op op onderzoek gebaseerde instructie, naar een die onderwijsgebaseerd onderzoek gebruikt. Voor hun eerste opdracht de studenten werden gewoon gevraagd om te ontwerpen, een reeks experimenten uitvoeren en analyseren. Het nieuwe onderwijstype heeft sindsdien elk jaar onderzoeksresultaten opgeleverd. Echter, het was pas in 2013 dat een resultaat klaar was om te worden gepubliceerd.

“Voor ons als universiteit het grote nieuws is natuurlijk dat eerstejaarsstudenten het onderzoek hebben gedaan. Maar, we hebben ook een zeer significant resultaat behaald in moleculaire elektronica, ", zegt Thomas Just Sørensen.

Elektronica wordt normaal gesproken zo geproduceerd dat men componenten op een siliciumwafel "tekent" en vervolgens alle bits verwijdert die geen deel uitmaken van de elektronische component. Dit wordt "Top-down" productie genoemd. Moleculaire elektronica maakt de productie van transistoren mogelijk, weerstanden, LED-schermen, zonnecellen enzovoort, met behulp van op chemie gebaseerde methoden. In principe, hierdoor kan elektronica kleiner worden, goedkoper en flexibeler, maar ook ecologisch duurzaam. Maar terwijl je een geïntegreerde schakeling op silicium kunt tekenen, moleculaire componenten moeten zichzelf organiseren in de juiste structuren. Dit is een groot obstakel bij de ontwikkeling van methoden waarbij moleculen zich zodanig moeten verbinden en organiseren dat ze terug te vinden zijn, volgens Sørensen.

"Het helpt niet om een ​​stapel transistors te hebben, als je niet weet in welke richting ze zijn gedraaid. Deze kunnen niet zodanig worden gecombineerd dat ze werken, en je weet niet welk uiteinde je moet aansluiten op elektrische stroom."

Het geheim achter de doorbraak is... Zeep. De moleculaire componenten die zelfassemblerende elektronica mogelijk maken, zijn antischimmelmiddelen die worden gebruikt in verschillende desinfectiemiddelen, crèmes en cosmetica. Deze reinigingsmiddelen doden schimmels door de structuren van hun celmembranen te verstoren. Ditzelfde vermogen kan worden gebruikt om orde te scheppen tussen moleculaire componenten. Sørensen en zijn studenten experimenteerden door een stortvloed van verschillende zeep te gieten, afwasmiddel en waspoeder samen met componentachtige chemische stoffen. De mengsels werden vervolgens uitgegoten op glasplaten om te onderzoeken of de "componenten" al dan niet georganiseerd waren door de verschillende reinigingsmiddelen. En nu zijn ze geweest, zegt Sørensen.

"Onze zelfassemblerende elektronica lijkt een beetje op het aanbrengen van cakelagen, vla en glazuur in een blender en alles uit de blender laten komen als een perfect gevormde laagcake, ", zegt Thomas Just Sørensen.

Op de lange termijn, deze nieuwe ontdekkingen openen de deur naar de ontwikkeling van krachtige en zuinige zonne-energiefaciliteiten, evenals verbeterde schermtechnologieën. Dat gezegd hebbende, de moleculen die in het nanowetenschapsprogramma werden gebruikt, hadden geen elektronische functionaliteit. "Als ze dat deden, we zouden op de cover van hebben gestaan Wetenschap in plaats van in een ChemNanoMat artikel, " zegt Just Sørensen. Hoe dan ook, hij blijft zelfverzekerd.

"We konden een structuur krijgen door simpelweg de juiste stoffen te mengen. Zelfs willekeurige stoffen konden zich goed ordenen en lagen, zodat we nu volledige controle hebben over waar de moleculen zijn, en in welke richting ze zijn georiënteerd. De volgende stap is om functionaliteit in de lagen op te nemen, ", zegt universitair hoofddocent Sørensen. Hij is ervan overtuigd dat de volgende reeks uitdagingen zal zorgen voor perfecte opdrachten voor de vele jaren van nanowetenschappenstudenten die komen gaan, en die net als hun huidige leeftijdsgenoten, deze studenten krijgen ook in hun eerste studiejaar de kans om te publiceren.