Het kunnen samenstellen van elektronische bouwstenen bestaande uit individuele moleculen is een belangrijk doel in nanotechnologie. Een interdisciplinaire onderzoeksgroep aan de Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) is nu aanzienlijk dichter bij het bereiken van dit doel. Het team van onderzoekers onder leiding van Prof. Dr. Sabine Maier, Prof. Dr. Milan Kivala en Prof. Dr. Andreas Görling hebben met succes geleiders en netwerken samengesteld en getest die bestaan ​​uit individuele, nieuw ontwikkelde bouwsteenmoleculen. Deze zouden in de toekomst kunnen dienen als basis voor componenten voor opto-elektronische systemen, zoals flexibele flatscreens of sensoren. De FAU-onderzoekers hebben hun resultaten gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Lithografische technieken waarbij de benodigde structuren uit bestaande blokken worden gesneden, worden momenteel voornamelijk gebruikt om micro- en nano-elektronische componenten te produceren. 'Dit is niet anders dan hoe een beeldhouwer een object maakt van bestaand materiaal door weg te snijden wat hij niet nodig heeft. Hoe klein we deze constructies kunnen maken, wordt bepaald door de kwaliteit van het materiaal en onze mechanische vaardigheden, ' legt prof. dr. Sabine Maier van de leerstoel Experimentele Fysica uit. "We hebben nu zoiets als een set Legoblokjes voor gebruik in het nano-elektronische veld; dit stelt ons in staat om de vereiste objecten 'bottom-up' te fabriceren, met andere woorden, we beginnen bij de basis en plaatsen de kleine eenheden op elkaar."

Met deze bouwstenen kunnen de onderzoekers nu de kleinste eendimensionale structuren -geleiders - en tweedimensionale structuren -netwerken - maken onder nauwkeurig gecontroleerde omstandigheden. De structuren worden gekenmerkt door hun extreme regelmaat zonder structurele gebreken. Dit soort foutloze structuren zijn essentieel voor het maken van minuscule nano-elektronische componenten met verschillende eigenschappen.

De basis van deze synthetische organische halfgeleiders - de Legoblokjes als het ware - werd gesynthetiseerd bij het Institute for Organic Chemistry van de FAU. 'Onze basisbouwsteen is een driehoek bestaande uit 21 koolstofatomen met één stikstofatoom in het midden, met ofwel waterstof, jodium of broom afgezet op de hoeken afhankelijk van de gewenste structuur' verduidelijkt prof. dr. Milan Kivala van de leerstoel Organische Chemie I. De FAU-onderzoekers hechten de bijbehorende moleculen aan een drageroppervlak van goud en dit wordt vervolgens verwarmd tot 150 - 270°C. Dit proces vormt aanvankelijk zeshoeken of kettingen. Wanneer de monsters een temperatuur van 270°C bereiken, de moleculaire bouwstenen vormen chemisch gebonden, platte en honingraatachtige mazen die qua structuur vergelijkbaar zijn met die van het Nobelprijswinnende materiaal grafeen.

De onderzoeksgroep is er al in geslaagd om een ​​van de belangrijkste elektrische eigenschappen te bepalen, de zogenaamde 'band gap'. 'We hebben vastgesteld dat de bandafstand van tweedimensionale structuren kleiner is dan die van eendimensionale rangschikkingen van dezelfde moleculaire bouwstenen, ', voegt prof. dr. Andreas Görling van de leerstoel theoretische chemie toe. 'Deze inzichten zullen ons in de toekomst helpen om de eigenschappen van deze structuren te voorspellen en aan te passen aan de gewenste waarden voor specifieke opto-elektronische toepassingen.'

Dit onderzoek heeft de mogelijkheid geopend om steeds kleinere nano-elektronische componenten te fabriceren. De huidige lithografische technieken die worden gebruikt bij de commerciële productie van microchips kunnen alleen structuren creëren die groter zijn dan 14 nanometer. De geleiders die in Erlangen worden gegenereerd, zijn slechts iets breder dan een nanometer en dus ongeveer vijftigduizend keer dunner dan een mensenhaar. Echter, er zijn een aantal aanvullende ontwikkelingen nodig voordat ze kunnen worden toegepast in technologische toepassingen. Bijvoorbeeld, het is nog steeds nodig om een ​​geschikt elektrisch niet-geleidend dragermateriaal te vinden.