Circuits zijn kleiner geworden, computers in de palm van je hand laten passen, maar wat als circuits zo klein zouden kunnen zijn als moleculen? Om dergelijke circuits te maken, wetenschappers hebben moleculaire diodes nodig die stroom in één richting laten reizen, maar niet een ander. Op koolstof gebaseerde diodes zijn veelbelovend, maar ze zijn gevoelig voor hun omgeving. Ze werken niet goed als ze in praktische apparaten passen. Wetenschappers hebben de diode geherstructureerd door het gebied van de elektronenpijp te scheiden, gemaakt van een enkele laag pentaceen, van de metalen elektroden. De buffer is een dunne laag van kleine koolstofballen, of buckyballs. De nieuwe diode is 1, 000 keer effectiever in het geleiden van stroom in de ene richting dan in de andere.

De wetenschappers identificeerden het moleculaire Schottky-mechanisme waardoor de diode elektriciteit in de ene richting laat geleiden en niet in de andere. Dit mechanisme kan een algemeen kenmerk van dergelijke moleculaire systemen blijken te zijn, en het vermogen om het te construeren door de toevoeging van een dunne laag kan implicaties hebben voor massaproductie van moleculaire gebaseerde elektronica en innovaties in zonnecellen en bepaalde organische fotovoltaïsche systemen.

Meer dan veertig jaar na het oorspronkelijke voorstel van organische moleculaire diodes, de elektrische prestaties van dergelijke apparaten blijven enkele ordes van grootte onder hun anorganische tegenhangers. Een primaire reden is dat moleculen erg gevoelig zijn voor hun directe omgeving, zodat veel van hun gewenste intrinsieke elektrische eigenschappen verloren gaan wanneer ze in werkelijke apparaten worden geïntegreerd. Dit werk lost dergelijke problemen op door het actieve apparaatgebied dat is gemaakt van een monolaag van pentaceen te ontkoppelen van de metalen elektroden met behulp van een bufferlaag gemaakt van gemetalliseerde buckyballs (C60).

De inherent zwakke interacties tussen C60 en pentaceen en de sterke koppeling van C60 met koper leiden tot een systeem dat doet denken aan een 2-molecule dikke Schottky-diode, met een stroomgelijkrichting vergelijkbaar met de best presterende op het gebied van moleculaire diodes. Deze bevindingen openen de mogelijkheid om niet-lineair elektrisch gedrag te construeren op nanometer-lengteschaal in organische opto-elektronica en fotovoltaïsche systemen. Scanning-tunnelingmicroscopiemogelijkheden in het Center for Nanoscale Materials (CNM) met oppervlaktevoorbereiding onder ultrahoog vacuüm waren van cruciaal belang voor het bouwen en karakteriseren van deze zelf-geassembleerde systemen op atomaire schaal. Met deze structuur experimenteel bepaald, berekeningen op het krachtige rekencluster van de CNM hebben de elektronische structuur en het transportmechanisme van de heterojunctie ontrafeld.