Wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology hebben de eerste thermisch stabiele organische moleculaire nanodraadapparaten gemaakt met behulp van een enkele 4,5 nm lange molecule die in stroomloze vergulde nanogap-elektroden is geplaatst.

De traditionele methoden en materialen die worden gebruikt voor de fabricage van moderne geïntegreerde schakelingen naderen (of hebben waarschijnlijk al) hun ultieme fysieke beperkingen met betrekking tot de grootte van het eindproduct. Met andere woorden, verdere miniaturisering van elektronische apparaten is bijna onmogelijk zonder in te gaan op andere soorten materialen en technologie, zoals organische moleculaire elektronische apparaten. Echter, deze klasse van apparaten werkt over het algemeen alleen goed bij extreem lage temperaturen vanwege de thermische fluctuaties van zowel de organische moleculen als de metaalelektroden.

Terwijl speciaal stroomloos, vergulde nanogap-elektroden, ELGP-elektroden genoemd, hebben uitzonderlijke thermische stabiliteit aangetoond bij hun opening, nieuwe klassen van moleculaire draden moeten worden ontwikkeld om de problemen met miniaturisatie en warmteafvoer aan te pakken. Daarom, een team van wetenschappers, waaronder professor Yutaka Majima van het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), gericht op een 4,5-nm lang molecuul genaamd disulfanyl koolstof-gebrugde oligo-(fenyleenvinyleen), of COPV6(SH) ₂ in het kort.

Dit molecuul, getoond in Fig. 1 (a), heeft een stijve, staafachtig pi-geconjugeerd systeem, die elektronisch en ruimtelijk van zijn omgeving is geïsoleerd door vier 4-octylfenylgroepen. Het molecuul heeft twee sulfhydryl-uiteinden, die al dan niet chemisch binden met de tegenoverliggende gouden oppervlakken van een ELGP-nanogap, getoond in Fig. 1 (b). interessant, ontdekte het onderzoeksteam dat wanneer de COPV6(SH) ₂ molecuul bindt op een specifieke manier met goudoppervlakken, genaamd SAuSH, zoals getoond in Fig. 1 (c), het resulterende apparaat toont het karakteristieke gedrag van coherente resonante elektronentunneling-apparaten, die een scala aan potentiële toepassingen hebben op het gebied van elektronica en nanotechnologie.

Het belangrijkste is, het resulterende apparaat was thermisch stabiel, met vergelijkbare stroom- versus spanningscurves zowel bij 9 als 300 K. Dit was niet bereikt voordat flexibele organische moleculaire draden werden gebruikt. Echter, zoals getoond in Fig. 1 (c), er zijn meerdere manieren waarop de COPV6(SH) ₂ molecuul kan binden aan de ELGP nanogap, en het team heeft momenteel geen manier om het type apparaat te bepalen dat ze zullen krijgen.

Ondanks dat, ze maten de elektrische eigenschappen van de apparaten die ze verkregen om de onderliggende kwantummechanismen die hun gedrag bepalen in detail uit te leggen. In aanvulling, ze verifieerden hun bevindingen met theoretisch afgeleide waarden en, door dit te doen, ze hebben hun kennis over het werkingsprincipe van het SAuSH-apparaat en de andere mogelijke configuraties verder versterkt.

De volgende uitdaging is om een ​​betere opbrengst van het SAuSH-apparaat te verkrijgen, omdat hun opbrengst minder dan 1 procent was. Het team is van mening dat de stijfheid en het hoge molecuulgewicht van het molecuul, evenals de stabiliteit van ELGP-elektroden, zou verantwoordelijk zijn voor de hoge stabiliteit van het resulterende apparaat en zijn lage opbrengst. Gezien de vele mogelijke variaties van de COPVn-klasse van moleculen en de verschillende ELGP-nanogapconfiguraties, het opbrengstprobleem kan worden opgelost door aanpassingen in de methoden en de eigenschappen van de gebruikte moleculen en hiaten. De gegevens die in dit werk worden gerapporteerd, zullen een basis vormen voor toekomstig elektronisch onderzoek op moleculaire schaal.