Een internationaal onderzoeksteam met onder meer professor Enrique del Barco van de University of Central Florida, Damien Thompson van de Universiteit van Limerick en Christian A. Nijhuis van de Nationale Universiteit van Singapore hebben een belangrijke beperking doorbroken die het praktische gebruik van moleculaire diodes al bijna 20 jaar verhindert.

Elektrische circuits zijn de basisbouwstenen van moderne elektronica, met componenten die de stroomsterkte regelen. Een van die componenten is de diode, waardoor de stroom in een richting kan stromen terwijl de tegenovergestelde stroom wordt geblokkeerd.

De circuits die alomtegenwoordig zijn in elektronische apparaten over de hele wereld, zijn op silicium gebaseerd. Maar wetenschappers proberen al lang de mogelijkheden van op silicium gebaseerde circuits op moleculair niveau te dupliceren. Moleculaire elektronica gebruikt afzonderlijke moleculen of verzamelingen van afzonderlijke moleculen op nanoschaal als elektronische componenten. Dat zou de ongekende miniaturisering van computers en andere elektronica mogelijk maken.

Diodes worden gekenmerkt door hun rectificatieverhouding, dat is de snelheid tussen stroom voor positieve en negatieve elektrische voorspanning. De rectificatieverhoudingen van commerciële op silicium gebaseerde diodes hebben rectificatieverhoudingen tussen 10 ⁵ en 10 ⁸ .

Hoe hoger het correctiepercentage, hoe nauwkeuriger de stroomregeling. Dus, bijna 20 jaar zonder succes, onderzoekers hebben geprobeerd moleculaire diodes te ontwerpen die overeenkomen met die rectificatieverhouding of deze overschrijden. Een fundamentele theoretische beperking van een enkel molecuul had beperkte moleculaire diodes tot rectificatieverhoudingen die niet hoger waren dan 10 ³ —ver verwijderd van de commerciële waarde van op silicium gebaseerde diodes.

Nutsvoorzieningen, zoals maandag gemeld in het wetenschappelijke tijdschrift Natuur Nanotechnologie , een team van wetenschappers onder leiding van Nijhuis heeft een manier aangetoond om tot een rectificatieverhouding te komen die theoretisch onmogelijk werd geacht.

De onderzoekers waren in staat om tunnelovergangen op macroschaal te vormen op basis van een enkele laag moleculaire diodes. Het aantal moleculen dat stroom geleidt in die knooppunten verandert met de polariteit van de bias, waardoor de intrinsieke rectificatieverhouding van een individueel molecuul voor voorwaartse bias met drie ordes van grootte wordt vermenigvuldigd. Hun methode overwon de 10 ³ beperking, resulterend in een record-hoge rectificatieverhouding van 6,3 x 10 ⁵ .

"Het overtrof die limiet die door de theorie werd opgelegd. je hebt nu een moleculaire diode die vergelijkbaar is met op silicium gebaseerde diodes, " zei Del Barco, een fysicus die de gegevens interpreteerde en de theoretische modellering uitvoerde die uitlegde hoe het werkt. "Het verplaatst iets dat alleen wetenschap was naar een commerciële mogelijkheid."

De doorbraak zal waarschijnlijk geen siliciumdiodes vervangen, maar kan uiteindelijk leiden tot het gebruik van moleculaire diodes voor toepassingen die siliciumdiodes niet aankunnen. En moleculaire diodes, die kan worden geproduceerd in een chemisch laboratorium, zou goedkoper en gemakkelijker te fabriceren zijn dan standaarddiodes.